Elu päritolu uurijad on oletanud, et varajaste eluvormide kolme tähtsa koostisosa — geneetilise informatsiooni salvestamiseks vajalike lühikeste nukleotiidiahelate, rakkudes peamiseid ülesandeid täitvate aminohapete (peptiidide) ja kaitsvate rakuseinte ehitamiseks vajalike lipiidide — moodustumise juures võis etendada olulist rolli keemiline reaktsioon, mida nimetatakse fosforülatsiooniks. Ometi pole keegi seni leidnud fosforüleerivat ainet, mida võinuks noorel Maal leiduda ja mis oleks võinud tekitada need kolm molekulide klassi üheaegselt samades realistlikes tingimustes tekitada.
Scrippsi instituudi keemikud on nüüd tuvastanud täpselt sellise ühendi. See on diamidofosfaat (DAP).
„Pakume välja fosforüleerimispõhise keemilise reaktsiooni, mis võis samas paigas tekitada oligonukleotiidid, oligopeptiidid ja neid kapseldavad rakusarnased struktuurid,“ märkis uurimuse juhtiv autor, Scrippsi instituudi keemia aseprofessor Ramanarayanan Krishnamurthy. „See võis omakorda teha võimalikuks muud keemilised reaktsioonid, mis varem võimalikud polnud, ja tuua kaasa esimeste lihtsate, rakupõhiste elusolendite arenemise.“
Teadusajakirjas Nature Chemistry äsja avaldatud uurimus on osa kogu maailma teadlaste jätkuvatest püüdlustest leida tõenäoliseid viise, kuidas bioloogia-eelse keemia baasil võinuks tekkida rakupõhine biokeemia.
Ehituskivide moodustumiseks sobis lai valik tingimusi
Teised uurijad on küll kirjeldanud keemilisi reaktsioone, mis võisid võimaldada bioloogia-eelsete molekulide fosforüleerimist ürgsel Maal, kuid kõik need stsenaariumid on hõlmanud eri tüüpi molekulide tekitamiseks eri fosforüleerivaid aineid, nagu ka erisuguseid ja sageli ebatavalisi reageerimiskeskkondi.
„Raske on kujutleda, kuidas kõik need väga erinevad protsessid oleksid saanud esimeste algeliste eluvormide tekitamiseks samas kohas kombineeruda,“ nentis Krishnamurthy.
Krishnamurthy ja tema töörühm, millesse kuuluvad ka uurimuse juhtivad kaasautorid Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik ja Megha Karki, kes on kõik Scrippsi instituudi järeldoktorid, näitasid esimesena, et DAP võis fosforüleerida kõiki nelja RNA moodustamiseks vajalikku „ehituskivi“ e nukleosiidi vees või pastataolises keskkonnas üsna laias temperatuuri- ja muude tingimuste vahemikus.
Katalüsaatori imidasooli — noorel Maal tõenäoliselt leidunud lihtsa orgaanilise ühendi — lisamisel võis DAP kaasa tuua ka lühikeste RNA-laadsete ahelate tekkimise neist fosforüleeritud „ehituskividest“.
Pealeselle fosforüleeris DAP segu vee ja imidasooliga edukalt glütserooli ja rasvhapete tekkimiseks vajalikke lipiidseid „ehituskive“, tuues kaasa väikeste fosfolopiidkapslite e nn vesiikulite — rakkude algeliste vormide — iseenesliku moodustumise.
Toatemperatuuril fosfolüseeris DAP ka aminohapet glütsiini, asparagiinhapet ja glutamiinhapet ning aitas ühendada neid molekule lühikesteks peptiidiahelateks (peptiidid on lühemad versioonid valkudest).
Justkui võlukepike
„DAP ja vesi koos kirjeldatud leebete keskkonnatingimustega võimaldavad need kolm olulist bioloogia-eelsete molekulide klassi kokku tuua ja neid muundada nii, et tekib võimalus nende omavaheliseks vastastikuseks mõjutamiseks,“ selgitas Krishnamurthy.
Krishnamurthy ja tema kolleegid on varem näidanud, et DAP saab edukalt hakkama mitmete lihtsate suhkrute fosforüleerimisega, aidates seega kaasa fosforit sisaldavate süsivesikute tekkele, mis võisid algeliste eluvormide elutegevuses olulisel määral osaleda. Uurimisrühma uus töö annab mõista, et DAP-l võis olla elu tekke juures märksa kesksem roll.
„See meenutab mulle Tuhkatriinu haldjast ristiema, kes ainult võlukeppi viibutades muutis lihtsaid asju keerulisemateks ja huvitavamateks,“ osutas Krishnamurthy.
