För flera miljarder år sedan, när den nyligen bildade planeten Jorden svalnade från en lång och brutal period av tunga meteorbombardement, pölar av urmuck började virvla med de kemiska prekursorerna till livet.

I dag, forskare utarbetar kemiska reaktioner som efterliknar den tidiga jorden för att inte bara lära sig om hur liv uppstod för så många år sedan, men också för att låsa upp nya möjligheter för modern medicin.

"Om du kan få kemi som kodar information, då kanske du kan designa nya läkemedel, säger John Yin, en professor i kemi och biologisk teknik vid University of Wisconsin-Madison.

I en tidning publicerad online den 29 september, 2018, i forskningstidskriften Livets ursprung och biosfärernas utveckling , Yin och kollegor beskrev de första stegen mot att uppnå kemi som kodar information i en mängd olika förhållanden som kan efterlikna miljön på den förhistoriska jorden.

"Jag ser det här som systemkemi, " säger Yin. "Hur tar vi butikskemikalier och kombinerar dem på ett sådant sätt att de uppvisar framväxande egenskaper som förmågan att lagra information eller kopiera sig själva?"

De föreningar som forskarna kombinerade var molekyler som kallas aminosyror, som är de molekylära byggstenarna för de proteiner som utför mycket av det strukturella och kemiska arbetet inuti levande celler. Det finns 20 olika aminosyror som kombineras för att bilda de essentiella proteinerna för livet, men Yin och kollegor fokuserade på bara två:alanin och glycin, som är bland de enklaste exemplen på dessa molekyler.

I blandningen fanns också en energimolekyl som heter trifosfat, tros vara tillgänglig på den tidiga jorden.

Forskarna "kokade" ihop blandningen över en rad olika temperaturer och olika sura förhållanden. I blandningar utan energimolekylen, aminosyror sammanfogade endast under de mest varma och svåra förhållanden. När trifosfat var närvarande, dock, korta kedjor av alanin och glycin bildas vid mer måttliga temperaturer.

"Trifosfat underlättar reaktioner under förhållanden där det mesta livet visar sig inträffa, säger Yin.

Spännande nog, alaninet och glycinet kombinerades inte slumpmässigt. Istället, aminosyrorna kopplade till kedjor med specifika sekvenser, beroende på temperatur och pH.

"Vad vi har visat är att du är en produkt av din miljö, säger Yin.

Nyckeln till studien var förmågan att bestämma sammansättningen av olika aminosyrakedjor med sofistikerad analytisk kemi. För de molekylära karakteriseringarna, Yin samarbetade med Lingjun Li, professor i farmaci och kemi.

"Folk har lagat aminosyror sedan 1940 eller så, " säger Yin. "Men nu kan vi identifiera vad som faktiskt finns där."

Och vad de identifierade antyder de första glimtarna av informationslagring som uppstod för så många miljarder år sedan.

Forskarna spekulerar i att med ökad "tillagningstid", ännu större komplexitet kan uppstå. Deras reaktioner fortsatte bara i 24 timmar – bara ett ögonblick jämfört med planetens historia. Dessutom, forskarna planerar att lägga till en större variation av molekyler i blandningen.

Så småningom, de hoppas kunna skapa blandningar där komplicerade molekyler spontant kommer samman från enklare komponenter och skapar självkörande kemiska reaktioner som interagerar och matar varandra.

Dessa reaktioner kan innehålla nycklarna till att skapa nya läkemedel eller syntetisera befintliga föreningar mer effektivt.

"Vi kommer att ta reda på hur vi stänger slingan, säger Yin.