Ett vått-torrt scenario i en prebiotisk varm källa eller tidvattenpool. A) visar poolen med de fem typerna av alfahydroxisyror som används i denna studie. B) visar torkbassängen där ett "bibliotek" av polyestrar, avbildas som de infällda högupplösta masspektra) bildas vid torkkanterna. Denna enkla bildning av polyestrar kunde ha spelat en roll i byggnadsställningarna för livets ursprung. Kredit:Kuhan Chandru
Forskning som leds av Kuhan Chandru och Jim Cleaves från Earth-Life Science Institute vid Tokyo Institute of Technology, Japan, har visat att reaktioner av alfa-hydroxisyror, liknar alfa-aminosyrorna som utgör moderna proteiner, bildar lätt stora polymerer under förhållanden som antas vara förhärskande på den tidiga jorden. Dessa alfa-hydroxisyrapolymerer kan ha hjälpt vid bildandet av levande system på tidig jord.
Det finns flera teorier om hur liv först bildades på den tidiga jorden. En populär teori antyder att liv kan ha uppstått i specialiserade miljöer, som tidvattenpooler eller varma källor med grunt vatten, där enkla kemiska reaktioner skulle ha hjälpt till att skapa livets föregångare. Allt liv består av polymerer, stora molekyler som består av en sekvens av molekyler som kallas monomerer. En nyckelfråga är hur biologiska polymerer kunde ha bildats utan enzymer på den tidiga jorden.
Medan miljöer på den tidiga jorden kan ha haft monomerer som kunde ge upphov till liv, det hade varit svårt för polymerer att uppstå ur dessa utan hjälp av enzymer. I detta fall, teamet visade att dessa polymerer kunde ha bildats med alfa-hydroxisyror innan det fanns enzymer på den tidiga jorden.
Detta multinationella team visade att hydroxisyror polymeriserar lättare än aminosyror, och att de kunde ha tillhandahållit den nödvändiga verktygslådan för att kickstarta bildandet av mer komplexa molekyler för livets ursprung på jorden.
För att simulera olika primitiva miljöer, teamet reagerade alfahydroxisyror under olika förhållanden av pH och temperatur, från rumstemperatur till kokhett. Med hjälp av sofistikerad högupplöst masspektrometri och dataanalysprogramvara, de visade att dessa polymerer kan bildas under en rad förhållanden.
Laget visade ytterligare, att genom att använda en blandning av olika typer av alfa-hydroxisyra så kan de bilda ett stort antal typer av polymerer, skapar i själva verket stora "bibliotek" av olika kemiska strukturer, som kan förbli stabila över en rad miljöförhållanden. Arbetet kulminerade med skapandet av ett polyesterbibliotek som består av fem sorters alfahydroxisyror (Figur 1). De visade att detta enkla att skapa bibliotek kunde innehålla hundratals biljoner distinkta polymersekvenser.
Denna forskning öppnar nya områden för utforskning av kemin som kan ha lett till bildandet av liv. Författarna är angelägna om att förlänga detta arbete genom att undersöka vilka typer av funktioner alfa-hydroxisyrapolymerer kan utföra, och andra typer av enkla kemikalier som kan interagera med dessa, leder eventuellt till självreplikerande kemiska system.
