Ursuppe: Metabolisme før den første cellen?

Eksperiment viser viktige reaksjoner i etterfølgende urocean

Så dette ut som det primære havet, i hvis jernrike vann antagelig levde opphav? © US Fish and Wildlife Service
lese høyt

Hvordan ble det første livet ditt? Dette spørsmålet er fortsatt åpent. Men i det minste virket det klart så langt at bare med de første cellene begynte metabolismen. Men dette er nøyaktig hva britiske forskere har tilbakevist i et eksperiment. I laboratoriet deres "primordial suppe" demonstrerte de metabolske reaksjoner som gikk uten enzymer og andre celle-egne hjelpere. Dermed kan de første metabolske traséene være eldre enn selve livet.

For rundt fire milliarder år siden var jordoverflaten stort sett dekket med jernholdige hav, og det var lite oksygen igjen i atmosfæren. At allerede under slike forhold de nødvendige molekylære byggesteinene for senere liv kunne utvikle seg, antydet allerede det berømte eksperimentet til Stanley Miller og dets mange variasjoner. Hvordan disse små byggesteinene samlet i makromolekyler som RNA, DNA og proteiner, og hvordan og når de første reaksjonene fra kjente metabolske veier dukket opp forblir ubesvart.

Vanligvis antok at enkle RNA-molekyler i utgangspunktet påtok seg oppgaven til dagens enzymer og muliggjorde reaksjoner i cellelignende strukturer. RNA var sannsynligvis også det første molekylet som kunne lagre informasjon, og dermed muliggjorde genetisk evolusjon. Disse tidlige enzymforløperne utviklet seg til å til slutt danne hele metabolske veier, så forrige syn.

Flott hav i laboratoriet

Men forskere rundt Markus Ralser fra det britiske universitetet i Cambridge viser nå i eksperimentet at det er mulig uten slike molekyler: I laboratoriet gjenskaper de et hav av den opprinnelige jorden, en slags ny variant av Miller-eksperimentet. De vurderte både sammensetningen av vannet med forskjellige metabolske kilder og de forskjellige tidlige sedimentene.

Deretter varmet de opp denne urten til 50 til 90 grader celsius. Disse temperaturene råder over hydrotermiske ventilasjonsåpninger eller undervanns vulkaner - varme kandidater til stedet for det første livet på jorden. For de fleste av dagens enzymer er slike temperaturer altfor høye, så de er knapt spørsmålstegn ved begynnelsen av livet. utstilling

Har RNA og tidlige enzymer muliggjort metabolisme, eller tok de allerede i bruk eksisterende reaksjonsnettverk? Forskningsresultatene viser at sistnevnte også er mulig. Keller et al., Molecular Systems Biology / (CC BY 3.0)

Metabolisme selv uten enzymer

Den påfølgende analysen viste at selv uten enzymer, reagerte de tidlige komponentene i livet med hverandre. Forskerne fant blant annet metabolske produkter av glykolyse og pentosefosfatveien to av de viktigste sentrale metabolske traséene i cellen i dag. Avgjørende for dette var imidlertid metaller oppløst i vannet, spesielt jern: "I nærvær av jern og andre forbindelser fra de oseaniske sedimentene fant 29 metabolske lignende kjemiske reaksjoner sted, " rapporterer Ralser, "blant andre slike som utgjør noen av de essensielle kjemikaliene i metabolismen, inkludert byggesteiner for proteiner eller RNA. "

En RNA-komponent spesielt, ribose-5-fosfat, er av interesse for forskerne: den antyder at de første mer komplekse biologiske molekylene faktisk kan ha sin opprinnelse fra disse rent kjemiske prosessene. kan. Fra sine funn konkluderer forskerne derfor at et helt nettverk av reaksjonene de observerer, kjernen i cellulær metabolisme, kan være eldre enn selve livet. Når og hvordan de første enzymene stenger Selv om disse reaksjonene katalysert av metaller har overtatt, er det fremdeles uklart.

(Molecular Systems Biology, 2014; doi: 10.1002 / msb.20145228)

(European Molecular Biology Organization, 29.04.2014 - AKR)