Biologie

Metabolische Reaktionen haben möglicherweise in den Ozeanen begonnen, bevor das Leben begann

Eine neue Studie in Großbritannien stellt die aktuellen Ansichten über die Abfolge von Ereignissen in Frage, die zu den Ursprüngen des Lebens auf der Erde geführt haben. Forscher der Universität Cambridge schlagen chemische Reaktionen vor, die es Zellen in heutigen Lebewesen ermöglichen, essentielle Bausteine ​​wie Aminosäuren, Nukleinsäuren und Lipide zu bilden, die vor Milliarden von Jahren in den Ozeanen der Erde vor Beginn des Lebens entstanden sein könnten.

Die Studie stellt die Idee in Frage, dass die Reaktionen, die zur Herstellung dieser Metabolite erforderlich sind, nur mit Hilfe von Enzymen stattfinden können - hochkomplexen biologischen Molekülen, die Tausende von Stoffwechselvorgängen katalysieren, die lebende Zellen am Leben erhalten und funktionieren lassen.

Stattdessen deuten die Befunde darauf hin, dass die Ozeane in der Ära vor dem Sauerstoff reich an löslichem Eisen und anderen Metallen waren und diese Konzentrationen hoch genug waren, um als Katalysatoren für die Reaktionen zu dienen.

Studienleiter Dr. Markus Ralser vom Cambridge Department of Biochemistry und dem National Institute for Medical Research sagt:

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Reaktionssequenzen, die zwei essentiellen Reaktionskaskaden des Metabolismus ähneln - Glykolyse und die Pentose-Phosphat-Wege - spontan in den alten Ozeanen der Erde aufgetreten sein könnten."

Er und seine Kollegen berichten über ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Molecular Systems Biology .

Als sie die chemischen und physikalischen Bedingungen der frühesten Ozeane der Erde in ihrem Labor rekonstruierten, zeigte das Cambridge-Team, dass die komplexen metabolischen Reaktionssequenzen, die auch als Stoffwechselwege bekannt sind, in Abwesenheit von Enzymen ablaufen.

Sie beobachteten, wie ihre Rekonstruktion zu 29 Reaktionen führte, darunter die Bildung eines besonders bemerkenswerten Metaboliten - Ribose-5-Phosphat - eine Vorstufe von RNA, die wie DNA Gene kodiert, decodiert, reguliert und exprimiert, chemische Reaktionen repliziert und katalysiert. Moleküle wie Ribose-5-Phosphat könnten theoretisch zu RNA führen, sagen die Forscher.

In der Zeit vor dem Sauerstoff war Eisen löslicher und in der Lage, als Katalysator zu wirken


In der Zeit vor dem Sauerstoff waren die Ozeane reich an löslichem Eisen und anderen Metallen

Basierend auf der Zusammensetzung der frühen Sedimente wiederholten sie die Bedingungen, die in den eisenreichen "archaischen" Ozeanen herrschten, die vor etwa 4 Milliarden Jahren die Oberfläche des Planeten bedeckten, bevor die ersten einzelligen Organismen existierten.

Da dies der Photosynthese vorausgeht, gab es keinen Sauerstoff, und Eisen war löslicher und in der Lage, als Katalysator zu wirken, wie Dr. Ralser erklärt:

"In unserer rekonstruierten Version des antiken Archaischen Ozeans reagierten diese metabolischen Reaktionen besonders empfindlich auf das Vorhandensein von Eisen (II), das in den frühen Ozeanen reichlich vorhanden war und viele der beobachteten chemischen Reaktionen beschleunigte. Wir waren überrascht, wie spezifisch diese Reaktionen sind wurden."

Co-Autorin Dr. Alexandra V Turchyn von der Abteilung für Geowissenschaften in Cambridge sagt:

"Wir sind ziemlich sicher, dass die frühesten Ozeane keinen Sauerstoff enthielten, und daher wäre jedes anwesende Eisen in diesen sauerstofffreien Ozeanen löslich gewesen. Es ist daher möglich, dass die Konzentrationen von Eisen ziemlich hoch gewesen sein könnten."

Die Forscher sagen, dass neben Eisen auch die Anwesenheit anderer Metalle und Phosphate eine Reihe chemischer Reaktionen ermöglicht, die ähnlich den metabolischen Prozessen in lebenden Organismen ohne die Notwendigkeit von Enzymen ablaufen.

Weitere Studien sind nun erforderlich, um zu bestimmen, wie die ersten Enzyme diese metallkatalysierten Reaktionen angenommen haben könnten.

Im August 2011 berichtete Medical News Today, dass Wissenschaftler ein plausibles Szenario für den Ursprung des Lebens auf der Erde basierend auf einer relativ einfachen Kombination von natürlich vorkommenden Zuckern und Aminosäuren vorgeschlagen haben. Ihre Forschung zeigte auch, wie Vorläufer der RNA sich gebildet haben könnten, bevor das Leben existierte.

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