De oorsprong van het leven is een wetenschappelijk mysterie dat onderzoekers al eeuwenlang in de ban houdt. Hoewel er veel theorieën zijn over hoe het leven voor het eerst op aarde is ontstaan, blijft het exacte proces onbekend.
Onderzoekers hebben laboratoriumsimulaties gebruikt om de omstandigheden van de vroege aarde na te bootsen en hebben ontdekt dat de evolutie van oude eiwitten naar alle levensvormen op de planeet, inclusief planten, dieren en mensen, niet mogelijk zou zijn geweest zonder specifieke
« Je ziet dezelfde aminozuren in elk organisme, van mensen tot bacteriën tot archaea, en dat komt omdat alle dingen op aarde verbonden zijn door deze levensboom die een oorsprong heeft, een organisme dat de voorouder was van alle levende wezens, » zei Stephan Fried, een John Hopkins chemicus die het onderzoek samen met wetenschappers van de Charles University in Tsjechië leidde. « We beschrijven de gebeurtenissen die hebben bepaald waarom die voorouder de aminozuren kreeg die hij kreeg. »
De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society.
In het laboratorium bootsten de onderzoekers de oorspronkelijke eiwitsynthese van 4 miljard jaar geleden na door een alternatieve reeks aminozuren te gebruiken die zeer overvloedig aanwezig waren voordat het leven op aarde ontstond.
Ze ontdekten dat oude organische verbindingen de aminozuren die het meest geschikt zijn voor het vouwen van eiwitten in hun biochemie integreerden. Met andere woorden, het leven op aarde bloeide niet alleen omdat sommige aminozuren beschikbaar waren en gemakkelijk te maken waren in oude habitats, maar omdat sommige bijzonder goed waren in het helpen van eiwitten om specifieke vormen aan te nemen om cruciale functies uit te voeren.
« Het vouwen van eiwitten stelde ons in feite in staat om te evolueren voordat er zelfs maar leven op onze planeet was », zei Fried. « Je zou evolutie kunnen hebben voordat je biologie had, je zou natuurlijke selectie kunnen hebben voor de chemicaliën die nuttig zijn voor het leven, zelfs voordat die er was
Hoe de rest is ontstaan, is een open vraag die het team van Fried probeert te beantwoorden met het nieuwe onderzoek, vooral omdat die ruimtestenen veel meer hebben gebracht dan de ‘moderne’ aminozuren.
« We proberen erachter te komen wat er zo speciaal was aan onze canonieke aminozuren, » zei Fried. « Zijn ze om een bepaalde reden geselecteerd? »
Wetenschappers schatten dat de aarde 4,6 miljard jaar oud is en dat DNA, eiwitten en andere moleculen pas 3,8 miljard jaar geleden begonnen met het vormen van eenvoudige organismen. Het nieuwe onderzoek biedt nieuwe aanwijzingen in het mysterie van wat er in de tussentijd is gebeurd.
“Om evolutie in de darwinistische zin te hebben, heb je deze hele geavanceerde manier nodig om genetische moleculen zoals DNA en
Wetenschappers hebben aminozuren gezien in asteroïden ver van de aarde, wat suggereert dat die verbindingen alomtegenwoordig zijn in andere uithoeken van het universum. Daarom denkt Fried dat het nieuwe onderzoek ook implicaties kan hebben voor de mogelijkheid om leven buiten de aarde te vinden.
« Het universum lijkt van aminozuren te houden, » zei Fried. « Misschien als we leven op een andere planeet zouden vinden, zou het niet zo anders zijn. »
Referentie: « Early Selection of the Amino Acid Alphabet Was Adaptively Shaped by Biophysical Constraints of Foldability » door Mikhail Makarov, Alma C. Sanchez Rocha, Robin Krystufek, Ivan Cherepashuk, Volha Dzmitruk, Tatsiana Charnavets, Anneliese M. Faustino, Michal Lebl, Kosuke Fujishima, Stephen D. Fried en Klara Hlouchova, 24 februari 2023, Tijdschrift van de American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.2c12987
De studie werd gefinancierd door het Human Frontier Science Program en de New Innovator Award van de NIH Director.
