Forskare har ännu inte förstått och förklarat hur livets informationsmolekyler – proteiner och DNA och RNA – uppstod från enklare kemikalier när livet på jorden uppstod för cirka fyra miljarder år sedan. Nu tror ett forskarlag från Stony Brook University Laufer Center for Physical and Quantitative Biology och Lawrence Berkeley National Laboratory att de har svaret. De utvecklade en beräkningsmodell som förklarar hur vissa molekyler viker sig och binder ihop för att växa längre och mer komplexa, leder från enkla kemikalier till primitiva biologiska molekyler. Fynden rapporteras tidigt på nätet PNAS .

Tidigare har forskare lärt sig att den tidiga jorden sannolikt innehöll de grundläggande kemiska byggstenarna, och ihållande spontana kemiska reaktioner som kunde binda samman korta kedjor av kemiska enheter. Men det har förblivit ett mysterium vilka åtgärder som sedan kan få korta kemiska polymerkedjor att utvecklas till mycket längre kedjor som kan koda för användbar proteininformation. Den nya beräkningsmodellen kan hjälpa till att förklara det gapet i utvecklingen av kemi till biologi.

"Vi skapade en beräkningsmodell som illustrerar en vik-och-katalyseringsmekanism som förstärker polymersekvenser och leder till skenande förbättringar i polymererna, sa Ken Dill, huvud författare, Erkänd professor och direktör för Laufer Center. "Den teoretiska studien hjälper till att förstå en felande länk i utvecklingen av kemi till biologi och hur en population av molekylära byggstenar kan, över tid, resultera i uppkomsten av katalytiska sekvenser som är viktiga för biologiskt liv."

I tidningen, med titeln "Foldamer-hypotesen för tillväxt och sekvensdifferentiering av prebiotiska polymerer, "Forskarna använde datorsimuleringar för att studera hur slumpmässiga sekvenser av vattenälskande, eller polär, och vattensky, eller hydrofob, polymerer viker och binder samman. De fann att dessa slumpmässiga sekvenskedjor av båda typerna av polymerer kan kollapsa och vikas till specifika kompakta konformationer som exponerar hydrofoba ytor, tjänar således som katalysatorer för förlängning av andra polymerer. Dessa speciella polymerkedjor, hänvisade till som "foldamer"-katalysatorer, kan arbeta tillsammans i par för att växa längre och utveckla mer informationssekvenser.

Denna process, enligt författarna, ger en grund för att förklara hur slumpmässiga kemiska processer kunde ha resulterat i proteinliknande prekursorer till biologiskt liv. Det ger en testbar hypotes om tidiga prebiotiska polymerer och deras utveckling.

"Genom att visa hur prebiotiska polymerer kunde ha blivit informativa 'foldamers', vi hoppas ha avslöjat ett nyckelsteg för att förstå hur liv började bildas på jorden för miljarder år sedan, " förklarade professor Dill.