השאלה כיצד התעוררו החיים כאן על פני כדור הארץ היא תעלומה שממשיכה לחמוק ממדענים. למרות כל מה שלמדו מדענים מתיעוד המאובנים ומההיסטוריה הגיאולוגית, עדיין לא ידוע כיצד חיים אורגניים צצו מיסודות אנאורגניים (תהליך המכונה אביוגנזה) לפני מיליארדי שנים.
אחד ההיבטים היותר מרתיעים של המסתורין קשור לפפטידים ואנזימים, שנקלעים למצב של 'תרנגולת וביצה'. בהתייחס לכך, צוות חוקרים מאוניברסיטת קולג' בלונדון (UCL) לאחרונה ערכו מחקר שהוכיח למעשה שפפטידים יכלו להיווצר בתנאים אנלוגיים לכדור הארץ הקדמון.
המחקר המפרט את ממצאיהם פורסם לאחרונה בכתב העת המדעיטֶבַע.צוות המחקר הובל על ידי ד'ר מתיו פאונר, קורא לכימיה אורגנית במחלקה לכימיה של UCL, וכלל את פייר קנאולי וד'ר סיידול איסלאם - שניהם חוקרים מהמדור לכימיה אורגנית וביולוגית של UCL.
הרצף שבו חומצות אמינו ופפטידים מתחברים ליצירת תאים אורגניים. קרדיט: peptidesciences.com
כפי שפאונר הסביר את מטרת המחקר שלהם בראיון שנערך לאחרונה ל-UCL News:
'פפטידים, שהם שרשראות של חומצות אמינו, הם מרכיב חיוני לחלוטין של כל החיים על פני כדור הארץ. הם יוצרים את מארג החלבונים, המשמשים כזרזים לתהליכים ביולוגיים, אך הם עצמם דורשים אנזימים כדי לשלוט על היווצרותם מחומצות אמינו. אז הייתה לנו בעיה קלאסית של תרנגולת וביצה - איך נוצרו האנזימים הראשונים?'
כפי שהם מציינים במחקרם, מחקר ניכר בעבר הוקדש לגילוי כיצד נוצרו לראשונה פפטידים ואיפשרו את הופעת החיים. עם זאת, כל המחקרים הקודמים התמקדו בחומצות אמינו, ולא בתגובתיות של מבשריהן הכימיים (הידועים כאמינוניטרילים).
בעוד שאמינוניטרילים דורשים תנאים קשים ליצירת חומצות אמינו (בדרך כלל חומציות חזקות או אלקליות), חומצות אמינו צריכות להיטען מחדש באנרגיה כדי ליצור פפטידים. עם זאת, החוקרים מצאו דרך לעקוף את שני השלבים הללו על ידי הדגמה שניתן לייצר פפטידים ישירות מאמינוניטרילים עשירים באנרגיה.
השיטה שלהם ניצלה את התגובתיות המובנית של אמינוניטרילים עם המולקולות האחרות שהיו חלק מהסביבה הראשונית של כדור הארץ. התהליך כלל שילוב של מימן גופרתי עם אמינוניטרילים והמצע הכימי ferricyanide ([Fe(CN)6]3?) במים, שהניבו פפטידים.
מה שזה הוכיח היה שאמינוניטרילים מסוגלים להשיג יצירת קשר פפטיד במים לבד, ובקלות רבה יותר מחומצות אמינו. בנוסף, זה הראה שזה יכול להתרחש על רקע תנאים וכימיקלים שהוצאו מהגז במהלך התפרצויות געשיות ושככל הנראה היו על כדור הארץ לפני מיליארדי שנים. אמר פייר קנאבלי, המחבר הראשון של המחקר:
'סינתזה מבוקרת, בתגובה לגירויים סביבתיים או פנימיים, היא מרכיב חיוני של ויסות מטבולי, ולכן אנו חושבים שסינתזה של פפטידים הייתה יכולה להיות חלק ממחזור טבעי שהתרחש באבולוציה המוקדמת מאוד של החיים.'
'זו הפעם הראשונה שבה הוכח בצורה משכנעת שפפטידים נוצרים ללא שימוש בחומצות אמינו במים, תוך שימוש בתנאים עדינים יחסית שיהיו זמינים על פני כדור הארץ הפרימיטיבי', הוסיף מחבר שותף ד'ר סעידול איסלאם.
לממצאים אלו עשויות להיות השלכות משמעותיות על חקר האביוגנזה, כמו גם על החיפוש אחר חיים על כוכבי לכת חוץ-שמשיים. הם עשויים להיות שימושיים גם לתחום הכימיה הסינתטית שכן היווצרות קשרי אמיד חיונית לייצור חומרים סינתטיים, ביו-אקטיביים. בהשוואה לתהליכים כימיים קונבנציונליים בהם נעשה שימוש מסחרי, שיטה חדשה זו יעילה יותר וחסכונית הרבה יותר.
התרשמות האמן מהאיון הארכאני על פני כדור הארץ. קרדיט: סמיתסוניאן/פיטר סוייר
במבט קדימה, צוות המחקר מחפש לקדם את מחקריהם על ידי מציאת דרכים אחרות שבהן אמינוניטרילים יכולים להוביל לפפטידים. הם גם חוקרים כעת את התכונות התפקודיות של פפטידים שהניסוי שלהם יצר בתקווה להבין טוב יותר כיצד הם יכלו לעזור לעורר היווצרות חיים על פני כדור הארץ בערך. לפני 4 מיליארד שנים.
אחרי דורות רבים של נסיונות (וכישלון) לשחזר את אבני הבניין של החיים, האם יכול להיות שמדענים פשוט הלכו על זה לאחור? והאם זה אומר שטכנולוגיה אורגנית יכולה להיות ממש מעבר לפינה? רק הזמן יגיד…
