Naukowcy odkryli możliwy klucz do powstania życia na Ziemi. Benzen mógł pomóc w tworzeniu składników DNA i RNA
Powstanie życia na Ziemi pozostaje jedną z największych zagadek nauki. Badacze odkryli nową reakcję chemiczną, w której ważną rolę mógł odgrywać benzen, prowadzącą do tworzenia zasad azotowych – podstawowych składników DNA i RNA. Wyniki badania rzucają nowe światło na procesy zachodzące na młodej Ziemi miliardy lat temu.
W ramach nowego badania naukowcy z California Institute of Technology zidentyfikowali nową reakcję chemiczną, która może wyjaśniać powstawanie elementów budulcowych DNA i RNA – cząsteczek kodujących wszystkie funkcje organizmów. Odkrycie może pomóc lepiej zrozumieć, jak życie mogło pojawić się na Ziemi i potencjalnie także w innych miejscach we Wszechświecie, pokazując, jak wydajnie i łatwo proste cząsteczki mogły prowadzić do powstania złożonych form biologicznych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Icarus”.
Dlaczego zasady azotowe nukleotydów są ważne?
Jak opisują naukowcy, w pierwszym miliardzie lat historii naszej planety Ziemia była bardzo dynamicznym miejscem – wulkany wyrzucały materiał do atmosfery, a powierzchnię pokrywały oceany ciekłej wody. W pewnym momencie, ponad 3 miliardy lat temu, zaistniały odpowiednie warunki chemiczne umożliwiające rozwój organizmów. Zrozumienie tak zwanej chemii prebiotycznej może pomóc w poznaniu tego, jak życie mogło powstać.
Każda forma życia na Ziemi przechowuje informacje genetyczne w postaci kwasów nukleinowych: DNA i RNA. Cząsteczki te są zbudowane z nukleotydów, które z kolei składają się z pięciu zasad azotowych: adeniny, tyminy, guaniny, cytozyny i uracylu. Łączą się one w długie łańcuchy kwasów nukleinowych. Badacze zastanawiali się, jak same zasady azotowe mogły powstać w środowisku wczesnej Ziemi, ponieważ same są złożonymi strukturami chemicznymi.
Benzen może być brakującym ogniwem
W czasie nowego badania naukowcy zidentyfikowali nowy mechanizm chemiczny, który może wyjaśniać powstawanie pierwszych zasad azotowych. Biolodzy zaczęli od zidentyfikowania, z czego dokładnie składają się te elementy budulcowe. Korzystając ze specjalistycznego oprogramowania obliczeniowego, określili, które struktury molekularne były wspólne dla wszystkich pięciu typów zasad azotowych w warunkach temperatury i ciśnienia panujących na wczesnej Ziemi. Naukowcy znaleźli większość oczekiwanych składników – azot, dwutlenek węgla i metan – ale także benzen. Ten związek chemiczny jest sześciokątnym pierścieniem złożonym z atomów wodoru i węgla, przypominającym kształtem zasady azotowe.
Nowa ścieżka prowadząca do budulców DNA i RNA
Naukowcy wykazali, że benzen mógł być stabilny w atmosferze zdominowanej przez azot lub dwutlenek węgla, a współczesna atmosfera Ziemi składa się głównie z azotu. Następnie stwierdzili również, że mógł on reagować z gazem zwanym cyjanowodorem (HCN), wprowadzając niezbędne atomy azotu do swojej pierścieniowej struktury i tworząc prekursory zasad azotowych. Wynik ten ujawnił nową ścieżkę chemiczną prowadzącą do ich powstawania. Wcześniej proponowane mechanizmy budowy zasad azotowych z HCN były skomplikowane i wymagały wielu mało prawdopodobnych reakcji chemicznych. Nowa ścieżka, jak podkreślają badacze, oferuje znacznie prostsze i bardziej efektywne wyjaśnienie ich powstawania.
„To możliwy scenariusz tego, co mogło wydarzyć się w atmosferze wczesnej Ziemi. Benzen mógł zetknąć się z HCN i, pobudzony energią fotochemiczną pochodzącą od promieniowania ultrafioletowego lub wyładowań atmosferycznych, przeprowadzić reakcję wprowadzającą azot do struktury węglowej. Powstała struktura byłaby rozpuszczalna w wodzie i mogłaby trafić do oceanów, gdzie, jak przypuszczamy, po raz pierwszy pojawiło się życie” – mówi Jeehyun Yang z California Institute of Technology.
Odkrycie może pomóc w poszukiwaniu życia poza Ziemią
Choć naukowcy nadal nie wiedzą, jak często takie reakcje musiałyby zachodzić, aby mogło powstać życie, jeśli benzen i HCN były stale obecne w środowiskach wczesnej Ziemi, takie procesy mogły zachodzić wielokrotnie i potencjalnie stanowić ciągłe źródło cząsteczek biologicznych. Badacze podkreślają, że wciąż nie wiadomo, jak długo takie reakcje musiały zachodzić, zanim mogły wyewoluować organizmy jednokomórkowe. Tego rodzaju analizy pomagają również lepiej zrozumieć, gdzie w kosmosie mogło pojawić się życie.
Emil Gołoś
