何十億年も前、無菌の原始地球の未知の場所が複雑な有機分子の大釜となり、そこから最初の細胞が出現しました。生命の起源の研究者は、それがどのように発生し、必要な原材料がどこから来たかについて、数え切れないほどの想像力に富んだアイデアを提案してきました.説明するのが最も難しいのは、細胞化学の重要なバックボーンであるタンパク質です。今日の自然界では、それらは生きた細胞だけによって作られているからです。最初のタンパク質は、生命がなくてもどのように形成されたのでしょうか?
科学者たちは主に地球で手がかりを探してきました。しかし、新しい発見は、その答えが空を越えて、暗い星間雲の中にあることを示唆しています.
自然天文学の先月 、宇宙生物学者のグループは、タンパク質の分子サブユニットであるペプチドが、宇宙を漂う宇宙塵の固体の凍結粒子上で自発的に形成できることを示しました.これらのペプチドは、理論上、彗星や隕石の内部を移動して、若い地球や他の世界に移動し、生命の出発材料の一部になった可能性があります.
新しい論文の筆頭著者であり、ドイツのマックス・プランク天文学研究所とフリードリッヒ・シラー大学の研究者。そしてその単純さは、「タンパク質が、生命に至る進化過程に関与した最初の分子の 1 つであったことを示唆しています」と彼は言いました。
これらのペプチドが宇宙からの困難な旅を生き延び、生命の起源に意味のある貢献をしたかどうかは、未解決の問題です.ラトガース大学環境生物科学部のポール・ファルコウスキー教授は、新しい論文で実証された化学は「非常にクール」であるが、「プロトプレバイオティック化学と最初の証拠との間の驚異的なギャップをまだ埋めていない.人生の。"彼は、「まだ欠けている火花があります」と付け加えました。
それでも、Krasnokutski と彼の同僚による発見は、ペプチドが科学者が信じていたよりも宇宙全体ではるかに容易に入手できる資源である可能性があることを示しています。
真空中の宇宙塵
細胞はタンパク質の生産を容易にします。彼らは、ペプチドとタンパク質の両方を贅沢に製造し、アミノ酸などの有用な分子が豊富な環境と、独自の遺伝的命令と触媒酵素の備蓄 (通常はタンパク質です) を利用しています。
しかし、細胞が存在する前は、地球上でそれを行う簡単な方法はなかった、とクラスノクツキーは述べた。生化学が提供する酵素がまったくない場合、ペプチドの生産は非効率的な 2 段階のプロセスであり、最初にアミノ酸を作成し、次に重合と呼ばれるプロセスでアミノ酸が鎖に結合するときに水を除去します.どちらのステップもエネルギー障壁が高いため、反応を開始するために大量のエネルギーが利用できる場合にのみ発生します。
これらの要件のため、タンパク質の起源に関するほとんどの理論は、海底の熱水噴出孔の近くなどの極端な環境でのシナリオに集中しているか、エネルギー障壁を十分に下げることができる触媒特性を持つ RNA のような分子の存在を想定しています。反応を前に押し出します。 (最も一般的な生命の起源理論は、RNA がタンパク質を含む他のすべての分子に先行したことを提案しています。) そして、そのような状況下でも、クラスノクツキーは、重合に十分なアミノ酸を濃縮するには「特別な条件」が必要になるだろうと述べています。多くの提案がありましたが、これらの条件が原始地球のどこでどのように発生したかは明らかではありません.
しかし今、研究者たちは、タンパク質への近道を発見したと言っています。これは、タンパク質が生命の発生の非常に早い段階で存在していたという理論を再活性化する、より単純な化学経路です.
昨年の低温物理学 、Krasnokutskiは、一連の計算を通じて、ペプチドを作成するより直接的な方法が、宇宙で利用可能な条件下で存在する可能性があると予測しました.新しい星や太陽系の苗床であるこれらの分子雲には、宇宙のちりや化学物質が詰まっており、そのうちの最も豊富なものには、一酸化炭素、原子状炭素、アンモニアがあります。
彼らの新しい論文で、クラスノクツキーと彼の同僚は、ガス雲でのこれらの反応が、宇宙ダスト粒子への炭素の凝縮と、アミノケテンと呼ばれる小さな分子の形成につながる可能性が高いことを示しました。これらのアミノケテンは自然に結合して、ポリグリシンと呼ばれる非常に単純なペプチドを形成します.アミノ酸の形成をスキップすることで、反応は環境からのエネルギーを必要とせずに自然に進行する可能性があります.
彼らの主張を検証するために、研究者たちは分子雲に見られる条件を実験的にシミュレートしました。超高真空チャンバー内で、摂氏マイナス 263 度に冷却された基板プレートに一酸化炭素とアンモニアを堆積させることで、宇宙塵粒子の氷のような表面を模倣しました。次に、この氷層の上に炭素原子を堆積させ、分子雲内での凝縮をシミュレートしました。化学分析により、真空シミュレーションが実際にさまざまな形態のポリグリシンを生成したことが確認されました.
研究者たちは、数十億年前、宇宙のちりがくっついて小惑星や彗星を形成したときに、ちりの単純なペプチドが隕石やその他の衝突体で地球にヒッチハイクした可能性があるという仮説を立てました。彼らは無数の他の世界でも同じことをしたかもしれません.
ペプチドから生命へのギャップ
NASAのゴダード宇宙飛行センターの宇宙生物学者であるダニエル・グラビンは、地球や他の惑星へのペプチドの送達は、生命の形成に「確実に有利なスタートを提供するだろう」と述べた。しかし、「星間氷塵化学から地球上の生命に至るまでには、大きな飛躍があると思います。」
まず、ペプチドは、放射線から小惑星内の水への曝露まで、宇宙を旅する際の危険に耐えなければならず、どちらも分子を断片化する可能性があります。その後、彼らは惑星に衝突したときの衝撃を乗り切らなければなりません。そして、それらすべてを乗り越えたとしても、生物化学に有用なタンパク質に折り畳まれるのに十分な大きさになるには、多くの化学進化を経なければならない.
これが起こったという証拠はありますか？宇宙生物学者は、隕石内にアミノ酸を含む多くの小分子を発見しており、2002 年のある研究では、2 つの隕石が 2 つのアミノ酸から作られた非常に小さく単純なペプチドを保持していることを発見しました。しかし研究者たちは、隕石や小惑星や彗星から戻ってきたサンプルにそのようなペプチドやタンパク質が存在するという他の説得力のある証拠をまだ発見していないとGlavin氏は述べた.宇宙の岩石に比較的小さなペプチドでさえほぼ完全に存在しないことが、それらが存在しないことを意味するのか、それともまだ検出されていないだけなのかは不明です.
しかし、クラスノクツキー氏の研究は、より多くの科学者が地球外物質中のこれらのより複雑な分子を実際に探し始めるよう促す可能性がある、と Glavin 氏は述べた。たとえば、来年 NASA の OSIRIS-REx 探査機が小惑星ベンヌからサンプルを持ち帰ることが期待されており、Glavin と彼のチームはこれらのタイプの分子のいくつかを探す予定です。
研究者は現在、より大きなペプチドまたは異なるタイプのペプチドが分子雲で形成できるかどうかをテストすることを計画しています.クラスノクツキー氏は、星間物質中の他の化学物質や高エネルギー光子が、より大きく複雑な分子の形成を引き起こす可能性があると述べています。分子雲へのユニークな実験室の窓を通して、彼らは、ペプチドがますます長くなり、いつの日か自然の折り紙のように折り畳まれて、可能性を秘めた美しいタンパク質になることを望んでいます.
