Kemister vid The Scripps Research Institute (TSRI) har utvecklat en fascinerande ny teori för hur livet på jorden kan ha börjat.

Deras experiment, beskrivs idag i journalen Naturkommunikation , visa att viktiga kemiska reaktioner som stöder liv idag kunde ha utförts med ingredienser som sannolikt fanns på planeten för fyra miljarder år sedan.

"Det här var en svart låda för oss, " sa Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, docent i kemi vid TSRI och senior författare till den nya studien. "Men om du fokuserar på kemin, frågorna om livets ursprung blir mindre skrämmande."

För den nya studien, Krishnamurthy och hans medförfattare, som alla är medlemmar i National Science Foundation/National Aeronautics and Space Administration Center for Chemical Evolution, fokuserat på en serie kemiska reaktioner som utgör det som forskare kallar citronsyracykeln.

Varje aerob organism, från flamingos till svampar, förlitar sig på att citronsyracykeln frigör lagrad energi i cellerna. I tidigare studier, forskare föreställde sig tidigt i livet med samma molekyler för citronsyracykeln som livet använder idag. Problemet med det tillvägagångssättet, Krishnamurthy förklarar 20ns, är att dessa biologiska molekyler är ömtåliga och att de kemiska reaktionerna som används i cykeln inte skulle ha funnits under jordens första miljarder år – ingredienserna existerade helt enkelt inte ännu.

Ledarna för den nya studien började med de kemiska reaktionerna först. De skrev receptet och bestämde sedan vilka molekyler som fanns på den tidiga jorden som kunde ha fungerat som ingredienser.

Den nya studien beskriver hur två icke-biologiska cykler – kallade HKG-cykeln och malonatcykeln – kunde ha gått samman för att kickstarta en rå version av citronsyracykeln. De två cyklerna använder reaktioner som utför samma grundläggande kemi av a-ketosyror och b-ketosyror som i citronsyracykeln. Dessa delade reaktioner inkluderar aldoltillägg, som för in nya källmolekyler i cyklerna, samt beta- och oxidativa dekarboxyleringar, som frigör molekylerna som koldioxid (CO2).

När de körde dessa reaktioner, forskarna fann att de kunde producera aminosyror förutom CO2, som också är slutprodukterna av citronsyracykeln. Forskarna tror att när biologiska molekyler som enzymer blev tillgängliga, de kunde ha lett till att icke-biologiska molekyler ersattes i dessa fundamentala reaktioner för att göra dem mer utarbetade och effektiva.

"Kemin kunde ha varit densamma över tid, det var bara molekylernas natur som förändrades, " säger Krishnamurthy. "Molekylerna utvecklades till att bli mer komplicerade med tiden baserat på vad biologin behövde."

"Modern metabolism har en föregångare, en mall, det var icke-biologiskt, " tillägger Greg Springsteen, PhD, första författare till den nya studien och docent i kemi vid Furman University.

Att göra dessa reaktioner ännu mer rimliga är det faktum att i centrum för dessa reaktioner finns en molekyl som kallas glyoxylat, vilket studier visar kunde ha varit tillgängligt på tidig jord och är en del av citronsyracykeln idag (kallad "Glyoxylat-shunt eller cykel").

Krishnamurthy säger att mer forskning måste göras för att se hur dessa kemiska reaktioner kunde ha blivit lika hållbara som citronsyracykeln är idag.