Potentiella föregångare till liv på jorden bildas från en mängd olika komplexa blandningar, enligt ett team av forskare som säger att detta kan peka på utvecklingen av byggstenar som är avgörande för att bilda genetiska molekyler för livets ursprung på jorden.

Genetiska molekyler ger förmågan att lagra och replikera information och kan ha varit avgörande för livets ursprung, men det är oklart hur de uppstod från komplexa kemiska miljöer som fanns på den tidiga jorden. Nya fynd, publicerades denna vecka i tidskriften Vetenskapliga rapporter , föreslår att svaret kan börja med kväve heterocykler, ringade molekyler som tros vara vanliga på den unga jorden och på andra ställen i solsystemet. Flera typer av heterocykler fungerar som nukleobaser, eller underenheter, av DNA och RNA, de genetiska molekylerna som används av livet som vi känner det.

"En av utmaningarna med att studera livets ursprung är att dechiffrera vilka reaktioner som var nyckelsteg, " sa Christopher House, professor i geovetenskap vid Penn State. "Vårt arbete här identifierade de mest troliga nästa steg som dessa molekyler kunde och skulle ta."

Ett team av forskare fann att kväve heterocykler kan ha tjänat som byggstenar mot liv i en serie tester som genererade komplexa kemiska blandningar som de som möjligen skapats av blixtnedslag som passerar genom tidiga jordens atmosfär. Dussintals olika heterocykler producerade liknande primitiva genetiska prekursorer även när den atmosfäriska sammansättningen varierades i studien.

"De verkliga överraskningarna var att så många olika sådana ringade molekyler visade sig vara reaktiva och att de bildade samma nästa steg oavsett vilken simulerad atmosfär vi använde, sade House, som också fungerar som chef för Penn State Astrobiology Research Center och NASA Pennsylvania Space Grant Consortium.

Resultaten stödjer en hypotes om att enklare genetiska strukturer skulle kunna föregå bildningen av DNA och RNA och tyder på att liknande prebiotiska reaktioner kan inträffa någon annanstans i solsystemet.

Till skillnad från tidigare studier, som har utforskat liknande reaktioner under isolerade förhållanden, teamet använde organiskt komplexa blandningar som bättre simulerar tidig jordkemi utan att veta om reaktionerna skulle representera ett konstruktivt steg mot liv eller en återvändsgränd.

I studien, heterocyklerna reagerade i den komplexa blandningen för att bilda kemiskt reaktiva sidokedjor, strukturer som länkar samman heterocykler och underlättar bildningen av mer komplexa molekyler, sa forskarna.

Dessa modifierade heterocykler skulle kunna fungera som underenheten av peptidnukleinsyror (PNA), en föreslagen prekursor till RNA. Att de bildades så lätt under olika atmosfäriska förhållanden stöder teorin att PNA kunde ha bildats på den prebiotiska jorden.

"Våra fynd tyder på möjligheten av PNA på den tidiga jorden eftersom vi observerade många robusta syntetiska vägar för några av dess komponenter, sa Mike Callahan, biträdande professor i kemi vid Boise State University.

Fynden har också implikationer för liknande genetiska prekursorer på andra världar.

"De organiska ämnen som reagerar med heterocyklerna och bildar dessa sidokedjor har också identifierats i det interstellära mediet, kometer, och till och med Titans atmosfär, sa Laura Rodriguez, som ledde forskningen som doktorand som studerar geovetenskap vid Penn State. "Och eftersom reaktionerna var robusta i komplexa blandningar under ett brett spektrum av förhållanden, våra resultat kan ha konsekvenser för bildandet av PNA utanför jorden."

Karen Smith bidrog också till denna forskning, en senior forskare, och Melissa Roberts, en doktorand, båda i Boise State.

NASA:s exobiologiprogram, NASA Astrobiology Institute via Goddard Center for Astrobiology, och Penn State Astrobiology Research Center finansierade detta projekt.