Cum a apărut viața pe Pământ? O reacție chimică neașteptat de simplă ar putea fi scânteia care a pornit totul

Oamenii de știință ar fi putut rezolva unul dintre cele mai profunde mistere ale biologiei: cum s-au format primele proteine, blocurile esențiale ale vieții, înainte ca celulele să dezvolte mecanismele complexe necesare pentru a le produce. Un nou studiu dezvăluie o reacție chimică simplă, care funcționează în apă și ar fi putut oferi scânteia necesară apariției vieții pe Pământ.

Condusă de chimistul Matthew Powner de la University College London (UCL), cercetarea publicată în prestigioasa revistă Nature demonstrează o legătură directă și eficientă între ARN, purtătorul de informații genetice, și aminoacizi, moleculele care alcătuiesc proteinele. Matthew Powner, profesor de chimie organică la UCL, este cunoscut pentru lucrările sale despre chimia prebiotică și a mai publicat articole în Nature Chemistry și Science.

„La baza funcțională a vieții există o interacțiune complexă și inseparabilă între acizii nucleici și proteine, dar originea acestei relații rămâne un mister”, explică autorii studiului.

Viața pe Pământ: o punte între chimie și biologie

Echipa de la UCL a demonstrat că ARN-ul poate deveni legat chimic de aminoacizi în condiții blânde, similare celor de pe Pământul primordial. Procesul nu necesită enzime complexe, ci se bazează pe activarea aminoacizilor într-o formă mai reactivă, capabilă să stocheze energie suplimentară.

Odată energizați, acești aminoacizi se atașează de ARN într-un punct specific: capătul unei catene duble de ARN. Această preferință este esențială, deoarece previne reacțiile chimice haotice care ar fi amestecat secvențele genetice.

Eficiența reacției este remarcabilă, cercetătorii raportând randamente de până la 76% pentru anumiți aminoacizi, precum arginina legată de adenozină, un rezultat considerabil în chimia prebiotică.

Chimia sulfului și condițiile primordiale

Cheia acestei descoperiri stă în utilizarea tioesterilor, compuși cu sulf care sunt comuni în metabolismul celulelor moderne. Acești tioesteri sunt stabili în apă, ceea ce îi face candidați ideali pentru mediul acvatic al Pământului timpuriu.

Lucrări anterioare au arătat deja că fragmentele active care formează tioesterii biologici se pot forma spontan în condiții prebiotice. Noul studiu leagă această chimie bogată în energie direct de manipularea aminoacizilor de către ARN, creând exact conexiunea de care avea nevoie cercetarea originii vieții.

Reacția funcționează optim în apă cu un pH aproape neutru, sugerând că procesul nu s-a petrecut în oceanul deschis, ci mai degrabă în bazine, lacuri sau pe țărmuri umede, unde concentrațiile de molecule ar fi fost mai mari. Mai mult, experimentele au arătat că procesul este eficient chiar și în condiții de îngheț, la temperaturi de aproximativ -7 °C, unde gheața concentrează substanțele dizolvate și accelerează reacțiile.

„Pare destul de probabil ca această reacție să fi avut loc pe Pământul primitiv”, afirmă profesorul Powner.

Este important de menționat că, deși acest studiu oferă o cale plauzibilă pentru formarea legăturilor peptidice pe ARN, el nu explică încă modul în care a apărut selectivitatea – adică cum un anumit set de codoni ARN a ajuns să corespundă unui aminoacid specific. Acesta reprezintă următorul mare pas în domeniu: descifrarea originilor codului genetic în sine. Cercetarea actuală oferă însă fundația chimică esențială pe care viitoarele studii o pot construi.

De la lanțuri scurte la codul genetic

Odată ce un aminoacid este atașat de ARN, echipa a descoperit un „comutator” chimic care stimulează formarea legăturilor peptidice. Acest proces permite extinderea aminoacizilor în lanțuri scurte, numite peptide – primul pas către crearea proteinelor funcționale.

„Ceea ce este revoluționar este faptul că aminoacidul activat utilizat în acest studiu este un tioester, un tip de moleculă produsă din coenzima A, o substanță chimică prezentă în toate celulele vii. Această descoperire ar putea lega metabolismul, codul genetic și construirea proteinelor”, a declarat dr. Jyoti Singh, co-autor al studiului.

Această chimie elegantă oferă o soluție plauzibilă la paradoxul „oului sau găinii”: cum au putut apărea proteinele fără ribozomi (mașinăriile celulare care le produc), dacă ribozomii înșiși sunt făcuți din proteine și ARN?

Studiul susține teoria unei „lumi a peptidelor-ARN”, în care cele două tipuri de molecule au co-evoluat. Mai mult, prin preferința pentru capetele catenelor de ARN, reacția sugerează cum o simplă regulă chimică ar fi putut evolua ulterior într-un set de instrucțiuni codificate – precursorul codului genetic modern.

Implicațiile acestei lucrări merg dincolo de o simplă curiozitate academică. Acestea oferă chimiștilor prebiotici un model de lucru validat experimental, mutând discuția de la „dacă” a fost posibil la „cum” ar fi putut funcționa în diverse medii primordiale. Pentru astrobiologi, un astfel de mecanism robust, bazat pe apă și chimie comună, întărește argumentul că viața ar putea apărea pe exoplanete cu condiții similare Pământului timpuriu.