В асимметрии всех молекул жизни мог быть виновен кальций — решение загадки хиральности
Новое исследование, проведенное учеными из Института наук о Земле и жизни Токио, выявило неожиданную роль кальция в формировании первых молекулярных структур жизни. Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что ионы кальция могут избирательно влиять на образование примитивных полимеров, помогая разгадать давнюю загадку предпочтения молекулами жизни одного типа «хиральности» (лево- или правосторонности).
Как наши левая и правая руки, многие молекулы существуют в зеркальном виде. Однако жизнь на Земле демонстрирует поразительное предпочтение: сахара в ДНК правосторонние, а белки строятся из левосторонних аминокислот. Этот феномен, называемый гомохиральностью, крайне важен для жизни, но вопрос о его возникновении остается одной из главных загадок науки.
Авторы исследовали винную кислоту, простую молекулу с двумя типами хиральности, чтобы понять, как могла среда молодой Земли влиять на образование гомохиральных длинных молекул. Ученые обнаружили, что то, как молекулы винной кислоты соединяются, существенно меняет кальций.
Чисто лево- либо правосторонняя винная кислота легко соединяется в длинные цепочки. Если обе формы смешаны, полимеры образуются с огромным трудом. Однако в присутствии кальция эта картина меняется: кальций способствует полимеризации смеси.
Исследователи предполагают, что кальций оказывает такое воздействие через два механизма. Во-первых, он связывается с винной кислотой, образуя кристаллы тартрата кальция, которые избирательно удаляют лево- или правосторонние молекулы из раствора. Во-вторых, изменяет химию полимеризации оставшихся молекул винной кислоты. Этот процесс мог увеличить изначально небольшой дисбаланс в хиральности, что в итоге привело к однородной лево- или правосторонности, присущей современным биомолекулам.
Особенно интересен вывод о том, что полиэфиры — простые полимеры из таких молекул, как винная кислота — могли быть одними из первых гомохиральных молекул жизни, даже до РНК, ДНК или белков.
«Обычно происхождение жизни обсуждается в терминах биомолекул: нуклеиновые и аминокислоты. Однако наша работа предлагает альтернативную перспективу: "небиомолекулы", например, полиэфиры, могли играть ключевую роль в начальных этапах возникновения жизни», — объясняет доцент Тони З. Цзя, руководитель исследования.
Исследование не только углубляет наше понимание истоков жизни на Земле, но и предлагает возможные аналогичные процессы на других планетах, помогая ученым искать жизнь за пределами нашего мира.
