Gab es Evolution, bevor Leben existierte? Eine neue Studie gibt Aufschluss darüber, wie sich Aminosäuren „entwickeln“.

Wie das Leben auf der Erde entstand, gehört zu den wichtigsten Mysterien der Wissenschaft. Obwohl es in der Biologie immer noch eine offene Frage ist, haben Wissenschaftler einige vielversprechende Theorien darüber, wie eine chemische Suppe vor etwa 3,7 Milliarden Jahren schließlich ein komplexes Zellleben hervorbrachte. Aber eine Theorie ist mehr als eine gute Vermutung – sie muss die verfügbaren Beweise erklären und sie muss auch überprüfbar sein.

Es gibt zahlreiche Daten, die darauf hindeuten, dass einzellige Organismen langsam aus der zufälligen Ansammlung von im Wasser schwimmenden Chemikalien hervorgegangen sind. Zum Beispiel können wir die Signaturen des antiken Lebens in Form von sehen mikrobielle MattenDas sind Schichten toter, versteinerter Mikroben, die sich in Sedimenten oder auf Gesteinsoberflächen bilden. Wir können ihr Alter durch radiometrische Datierung und chemische Analyse schätzen, was uns ein Gefühl dafür gibt, wann das Leben begann.

Wir können diese Theorie sogar testen, indem wir Experimente verwenden, die unsere besten Schätzungen darüber simulieren, wie die alte Erde beschaffen war. 1952 simulierte beispielsweise das Miller-Urey-Experiment die Bedingungen der frühen Erdatmosphäre, indem elektrische Funken durch ein Gasgemisch (hauptsächlich Methan, Ammoniak und Wasserstoff) geleitet wurden. Das Experiment produzierte mehrere organische Verbindungen, einschließlich Aminosäuren, die die Bausteine ​​von Proteinen sind. Tatsächlich glauben Wissenschaftler, dass Aminosäuren in den frühen Jahren der Erde im Überfluss vorhanden waren und dass diese Stücke zur Bildung der ersten Zelle beigetragen haben.

Aminosäuren sind wie Buchstaben des Alphabets und Proteine ​​sind wie Wörter. Mit genügend Proteinen können Sie „Kamele“ bilden – in diesem Fall biologische Wege, die ein bisschen wie Mikrosphären sind Rube Goldberg-Maschinen die dem Leben erlauben, alles zu tun.

Die meisten Biologen betrachten Proteine ​​nicht als lebendig. Sie sind große, komplexe Moleküle, die aus langen Ketten von Aminosäuren bestehen, die für die Struktur und Funktion aller Lebewesen unerlässlich sind. Wo zieht man also die Grenze zwischen Proteinfreisetzung und Organismus? Es geht um jene Wege, die den Regeln der Biologie unterliegen, die wir DNA nennen.

Mit anderen Worten, zu verstehen, wie das Leben begann, bedeutet zu entdecken, wie die DNA überhaupt gebildet wurde. Zu verstehen, wie die Erde aussah, bevor Leben entstand – und welche Arten von Aminosäuren und Proteinen sie umkreisten – bedeutet, dass wir dem Verständnis, wie Leben entstand, einen Schritt näher gekommen sind.

Jetzt eine neue Studie in Zeitschrift der American Chemical Society Es deutet darauf hin, dass die Evolution lange vor dem Erscheinen des Lebens begann und dass es sich bei Proteinen um Ursuppen handelt, die aufgrund bevorzugter Eigenschaften ausgewählt wurden. Mit anderen Worten, es gab eine Art darwinistische Selektion (noch vor der Entstehung des Lebens) zwischen den nicht lebenden Proteinen und Aminosäuren in der Ursuppe.

Diese Idee erklärt, warum, obwohl es auf der frühen Erde Hunderte verschiedener Aminosäuren gab, alle Lebewesen nur von etwa 20 dieser Verbindungen abhängig waren. Warum wurden diese speziellen Aminosäuren ausgewählt?

„Sie sehen die gleichen Aminosäuren in jedem lebenden Organismus, von Menschen über Bakterien bis hin zu Archaeen, und das liegt daran, dass alle Dinge auf der Erde durch diesen Baum des Lebens verbunden sind, der einen Vorfahren hat, einen Organismus, der der Vorfahr aller Lebewesen war.“ Stefan Friedein Chemiker an der Johns Hopkins University, der die Forschung gemeinsam mit Wissenschaftlern der Karls-Universität in der Tschechischen Republik leitete, sagte V Stellungnahme. „Wir beschreiben die Ereignisse, die dazu geführt haben, warum dieser Vorfahre die Aminosäuren erhalten hat, die er hatte.“

Obwohl es 20 wichtige Aminosäuren gibt, deuten immer mehr Beweise darauf hin, dass das alte Leben zuerst entstand. mit nur 10. Um dies zu testen, erstellten die Experimentatoren mehrere verschiedene Bibliotheken mit verschiedenen Kombinationen von Aminosäuren und untersuchten sie dann auf zwei Dinge: ihre Löslichkeit und ihre Neigung zur Sekundärstruktur. Es klingt kompliziert (und ist es auch), aber diese Begriffe beziehen sich einfach auf die richtigen Formen von Proteinen.

Die Form eines Proteins und wie es sich faltet, ist entscheidend für seine Funktion. Dies bestimmt, wie es mit anderen Molekülen und ihrer Umgebung interagiert. Betrachten Sie sie wie Papier Origami-Papier Es kann in viele verschiedene Stile gefaltet werden.

Indem sie also testen, welche Bibliotheken die beste Löslichkeit und Struktur aufweisen, können Forscher schlussfolgern, dass sich Proteine ​​entwickeln und die natürliche Selektion vorantreiben, bevor sich überhaupt Organismen bilden. Im Laufe der Zeit wurden Proteine, die die beste Form biochemischer Prozesse darstellten, in die grundlegenden Kreisläufe des Lebens eingebaut.

Möchten Sie mehr Gesundheits- und Wissenschaftsgeschichten in Ihrem Posteingang? Abonnieren Sie den wöchentlichen Newsletter des Salons vulgäre Welt.

„Die Proteinfaltung erlaubte uns im Grunde, Evolution durchzuführen, bevor es Leben auf unserem Planeten gab“, sagte Fried. „Sie könnten Evolution haben, bevor Sie Biologie hatten, Sie könnten eine natürliche Selektion von Chemikalien haben, die für das Leben nützlich sind, noch bevor es DNA gab.“

„Um Evolution im darwinistischen Sinne zu haben, muss man diesen komplexen Weg haben, genetische Moleküle wie DNA und RNA in Proteine ​​umzuwandeln. Aber die DNA-Transkription erfordert auch Proteine, also haben wir das Henne-Ei-Problem“, fügte Fried hinzu . „Unsere Forschung zeigt, dass die Natur vor der darwinistischen Evolution Bausteine ​​mit vorteilhaften Eigenschaften ausgewählt haben könnte.“

Je mehr wir natürlich untersuchen, wie sich das Leben auf unserem eigenen Planeten gebildet hat, desto besser können wir einschätzen, wie sich das Leben auf anderen Planeten gebildet hat. Aminosäuren reich an Asteroidenwas darauf hinweist, dass Bedingungen für das Laichen außerirdischer Lebensformen in anderen Ecken des Universums existieren.

„Das Universum scheint Aminosäuren zu lieben“, sagte Fred. „Vielleicht, wenn wir Leben auf einem anderen Planeten finden würden, wäre es nicht so anders.“