Kredit:Unsplash/CC0 Public Domain
De kemiska prekursorerna till dagens biomolekyler kunde ha bildats inte bara i djuphavet vid hydrotermiska öppningar, utan också i varma dammar på jordens yta. De kemiska reaktionerna som kan ha inträffat i denna "ursoppa" har nu återskapats i experiment av ett internationellt team ledd av forskare vid Friedrich Schiller University Jena, Tyskland. De fann till och med att en av nukleobaserna, som representerar koden för vårt genetiska material, kunde ha sitt ursprung från vår planets yta.
Jorden är cirka 4,6 miljarder år gammal och var inte alltid en plats som var gästvänlig för liv. Under de första hundra miljoner åren bestod vår planets atmosfär främst av kväve, koldioxid, metan, vätesulfid och vätecyanid, även känd som cyanvätesyra. Gratis syre fanns inte. Under dessa förhållanden är järnsulfid, som omvandlas till järnoxid när den utsätts för syre, stabil. På ytan av järnsulfid kan dock biologiskt viktiga reaktioner ske, liknande de som sker i vissa järn- och svavelbaserade enzymer, såsom nitrogenaser och hydrogenaser.
En oavsiktlig återupptäckt gjorde det möjligt
"Vi frågade oss själva:vad händer när järnsulfid i denna uratmosfär kommer i kontakt med blåvätesyra?" förklarar prof. Wolfgang Weigand från Institutet för oorganisk och analytisk kemi vid universitetet i Jena.
"Det var till hjälp för oss att vi av misstag hade upptäckt en särskilt reaktiv form av järnsulfid i ett framgångsrikt samarbete med min kollega professor Christian Robl. Denna form hade redan upptäckts två gånger i historien, och vid varje tillfälle glömdes den igen:en gång år 1700 och igen på 1920-talet. Så att säga, de två dåvarande doktoranderna, Robert Bolney och Mario Grosch, upptäckte det för tredje gången", tillägger han.
De två kemisterna observerade i laboratoriet att när järnpulver rörs om med svavel i vatten och lätt upphettas, efter en viss tid, bildas järnsulfid som macinawit i en explosiv reaktion. Detta mineral fungerade som en katalysator i experimentet med "ursoppa".
En bokstav i den genetiska koden kan ha skapats på detta sätt
"Vi tillsatte kaliumcyanid, fosforsyra och vatten till järnsulfiden i kväveatmosfär och värmde blandningen till 80 grader Celsius. Fosforsyran omvandlar kaliumcyaniden till cyanvätesyra. Vi tog sedan gasprover från atmosfären i respektive kärl. och analyserade dem", förklarar Weigand. Forskarna hittade ämnen som kan ha fungerat som kemiska prekursorer för dagens biomolekyler.
I tidskriften ChemSystemsChem , bekräftar teamet bland annat upptäckten av tioler, som förekommer som lipider i cellmembran, samt acetaldehyd, som behövs som en prekursor för DNA-byggstenar (kallade nukleosider). "Det var särskilt spännande att vi under dessa milda förhållanden till och med kunde detektera adenin, en nukleobas som är en av de fem bokstäverna i den genetiska koden", säger Weigand.
Med hjälp av isotopmärkning kunde teamet bevisa att cyaniden verkligen gav kolet för molekylerna de hittade. Weigand förklarar:"I det här experimentet innehöll inte kaliumcyaniden isotopen kol-12, som är isotopen som står för 98,9 % av kolet som naturligt förekommer i miljön. Istället var det det tyngre – och även stabila – isotopen kolet -13. Det var denna isotop som vi hittade i reaktionsprodukterna. På så sätt kunde vi otvetydigt bevisa att kolatomerna i molekylerna vi hittade verkligen kom från den isotopmärkta kaliumcyaniden."
Decennier av fantasi och tålamod
Weigand är särskilt tacksam för samarbetet från hela det internationella teamet:"Man behöver verkligen fantasi och tålamod för ett sådant arbete", säger han. "Och Robert Bolney och Mario Grosch har bevisat det. Samarbetet med våra kollegor vid University of California, Irvine och vid LMU München var också exemplariskt."
Vikten av fantasi och särskilt tålamod inom vetenskapen exemplifieras av Wolfgang Weigand själv. För 2003 fick han Thüringens forskningspris tillsammans med prof. Günter Kreisel från universitetet i Jena och dr. Willi Brand från Max Planck-institutet för biogeokemi Jena för sin artikel "En möjlig prebiotisk bildning av ammoniak från molekylärt kväve på järnsulfid ytor."
Nu – nästan 20 år senare – har Weigand också kunnat visa att de första kolföreningarna, från vilka liv senare växte fram, kunde ha bildats under dessa förhållanden från cyanid på jordens yta. + Utforska vidare
