I jakten på livets kemiska ursprung, forskare har hittat en möjlig alternativ väg för framväxten av det karakteristiska DNA -mönstret:Enligt experimenten de karakteristiska DNA -basparna kan bildas genom torr uppvärmning, utan vatten eller andra lösningsmedel. Teamet som leds av Ivan Halasz från Rudjer Boskovic Institute och Ernest Mestrovic från läkemedelsföretaget Xellia presenterar sina observationer från DESY:s röntgenkälla PETRA III i tidskriften Kemisk kommunikation .

"En av de mest spännande frågorna i sökandet efter livets ursprung är hur det kemiska urvalet skedde och hur de första biomolekylerna bildades, "säger Tomislav Stolar från Rudjer Boskovic Institute i Zagreb, den första författaren på tidningen. Medan levande celler styr produktionen av biomolekyler med sina sofistikerade maskiner, de första molekylära och supramolekylära byggstenarna i livet skapades sannolikt av ren kemi och utan enzymkatalys. För deras studier, forskarna undersökte bildandet av nukleobaspar som fungerar som molekylära igenkänningsenheter i Deoxyribonucleic Acid (DNA).

Vår genetiska kod lagras i DNA:t som en specifik sekvens stavad av nukleobaserna adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T). Koden är arrangerad i två långa, komplementära strängar lindade i en dubbel-helixstruktur. I trådarna, varje nukleobas parar med en komplementär partner i den andra strängen:adenin med tymin och cytosin med guanin.

"Endast specifika parningskombinationer förekommer i DNA:t, men när nukleobaser är isolerade gillar de inte alls att binda till varandra. Så varför valde naturen dessa baspar? "Säger Stolar. Undersökningar av parning av nukleobaser ökade efter upptäckten av DNA -dubbelhelixstrukturen av James Watson och Francis Crick 1953. Men det var ganska förvånande att det har varit liten framgång med att uppnå specifik nukleobasparning under förhållanden som kan betraktas som prebiotiskt troliga.

"Vi har utforskat en annan väg, "rapporterar medförfattaren Martin Etter från DESY." Vi har försökt ta reda på om basparen kan genereras av mekanisk energi eller helt enkelt genom uppvärmning. "För detta ändamål, laget studerade metylerade nukleobaser. Att ha en metylgrupp (-CH3) bunden till respektive nukleobaser tillåter dem i princip att bilda vätebindningar vid molekylens Watson-Crick-sida. Metylerade nukleobaser förekommer naturligt i många levande organismer där de fyller en mängd olika biologiska funktioner.

I labbet, forskarna försökte producera nukleobaspar genom slipning. Pulver av två nukleobaser laddades i en malburk tillsammans med stålkulor, som fungerade som slipmedia, medan burkarna skakades kontrollerat. Experimentet gav A:T -par som också hade observerats av andra forskare tidigare. Slipning dock, kunde inte uppnå bildandet av G:C -par.

I ett andra steg, forskarna upphettade markcytosin- och guaninpulver. "Vid cirka 200 grader Celsius, vi kunde verkligen observera bildandet av cytosin-guaninpar, "rapporterar Stolar. För att testa om baserna endast bildar de kända paren under termiska förhållanden, laget upprepade experimenten med blandningar av tre och fyra nukleobaser vid P02.1-mätstationen i DESY:s röntgenkälla PETRA III. Här, blandningarnas detaljerade kristallstruktur kunde övervakas under uppvärmning och bildning av nya faser kunde observeras.

"Vid cirka 100 grader Celsius, vi kunde observera bildandet av adenin-tymin-paren, och vid cirka 200 grader Celsius bildas Watson-Crick-par av guanin och cytosin, säger Etter, chef för mätstationen. "Något annat baspar bildades inte ens när det upphettades ytterligare tills det smälte." Detta bevisar att den termiska reaktionen av nukleobasparning har samma selektivitet som i DNA:t.

"Våra resultat visar en möjlig alternativ väg till hur de molekylära igenkänningsmönstren som vi observerar i DNA kunde ha bildats, "tillägger Stolar." Förutsättningarna för experimentet är troliga för den unga jorden som var het, kokande gryta med vulkaner, jordbävningar, meteoritpåverkan och alla möjliga andra händelser. Våra resultat öppnar många nya vägar i sökandet efter livets kemiska ursprung. "Teamet planerar att undersöka denna väg ytterligare med uppföljningsexperiment på P02.1.