수십억 년 전, 멸균적이고 원시 지구에서 알려지지 않은 일부 위치는 첫 번째 세포가 나타난 복잡한 유기 분자의 가마솥이되었습니다. 원산지 연구자들은 그것이 어떻게 발생했는지와 필요한 원료 성분이 어디에서 왔는지에 대한 수많은 상상력있는 아이디어를 제안했습니다. 가장 설명하기 어려운 일부는 세포 화학의 중요한 골격 인 단백질입니다. 오늘날 본질적으로 그들은 살아있는 세포에 의해 독점적으로 만들어지기 때문입니다. 첫 번째 단백질은 어떻게 생명을 얻지 못했습니까?
과학자들은 대부분 지구상의 단서를 찾았습니다. 그러나 새로운 발견은 대답이 하늘 너머, 어두운 성간 구름 내부에서 발견 될 수 있음을 시사합니다.
지난 달 자연 천문학 , 천체 학자 그룹은 단백질의 분자 서브 유닛 인 펩티드가 우주를 통해 표류하는 우주 먼지의 고체 냉동 입자에 자발적으로 형성 될 수 있음을 보여 주었다. 이 펩타이드는 이론적으로 혜성과 운석 안에서 젊은 지구와 다른 세계로 여행하여 생명의 시작 재료가되었습니다.
펩티드를 형성하기위한이 새로운 공간 기반 메커니즘의 단순성과 유리한 열역학은 새로운 논문의 주요 저자이자 독일의 Max Planck Institute의 연구원 인 Serge Krasnokutski에 따르면 생명이없는 지구에서 발생할 수있는 알려진 순수 화학 공정에 대한 유망한 대안이된다. 그리고 그 단순성은“단백질은 생명을 이끄는 진화 과정에 관여하는 최초의 분자 중 하나임을 암시한다”고 말했다.
그 펩티드가 우주에서 힘든 여행에서 살아 남았을 지 여부는 삶의 기원에 의미있게 기여한 것은 매우 열린 질문입니다. Rutgers University의 환경 및 생물 과학부 교수 인 Paul Falkowski는 새로운 논문에서 시연 된 화학은“매우 시원하지만”“프로토 프레 바이오 틱 화학과 삶의 첫 번째 증거 사이의 경이로운 격차를 해소하지는 않는다”고 말했다. 그는“여전히 빠진 스파크가 있습니다.”
그럼에도 불구하고 Krasnokutski와 그의 동료들의 발견은 펩티드가 과학자들이 믿었던 것보다 우주 전체에서 훨씬 쉽게 이용 가능한 자원 일 수 있음을 보여줍니다.
진공 상태에서 우주 먼지
세포는 단백질의 생산을 쉽게 보이게 만듭니다. 그들은 아미노산과 같은 유용한 분자와 유전자 지시 및 촉매 효소 (일반적으로 단백질 인)의 비축 물질을 풍부하게하는 환경에 의해 격분 적으로 펩티드와 단백질을 모두 제조합니다.
.그러나 세포가 존재하기 전에 지구에서 쉽게 할 수있는 방법은 없었다고 Krasnokutski는 말했다. 생화학이 제공하는 효소가 없으면, 펩티드의 생산은 먼저 아미노산을 생성 한 다음 아미노산이 중합이라고 불리는 공정에서 사슬로 연결되는 물을 제거하는 비효율적 인 2 단계 공정이다. 두 단계 모두 에너지 장벽이 높기 때문에 반응을 시작하는 데 도움이되는 대량의 에너지를 사용할 수있는 경우에만 발생합니다.
이러한 요구 사항으로 인해 단백질의 기원에 대한 대부분의 이론은 해저의 열수 통풍구와 같은 극한 환경에서 시나리오를 중심으로하거나 반응을 전진 할 수있을 정도로 에너지 장벽을 낮출 수있는 촉매 특성을 갖는 RNA와 같은 분자의 존재를 가정했습니다. (가장 인기있는 기원 이론은 RNA가 단백질을 포함한 다른 모든 분자보다 우선한다고 제안합니다.) 그리고 이러한 상황에서도 크라 스노 쿠 쿠스 스키 (Krasnokutski)는 중합을 위해 충분한 아미노산을 집중시키기 위해“특별한 조건”이 필요하다고 말합니다. 많은 제안이 있었지만 원시 지구에서 그러한 조건이 어떻게 그리고 어디에서 발생했는지는 명확하지 않습니다.
그러나 이제 연구원들은 단백질에 대한 바로 가기를 발견했다고 말한다.
작년 저온 물리학 , Krasnokutski는 일련의 계산을 통해 펩티드를 만드는보다 직접적인 방법이 공간에서 이용 가능한 조건, 별 사이에 남아있는 매우 조밀하고 끔찍한 먼지와 가스의 구름 내에서 존재할 수 있다고 예측했습니다. 새로운 별과 태양계의 보육원 인이 분자 구름은 우주 먼지와 화학 물질로 가득 차 있으며, 가장 풍부한 것은 일산화탄소, 원자 탄소 및 암모니아입니다.
Krasnokutski와 그의 동료들은 그들의 새로운 논문에서 가스 구름에서의 이러한 반응이 우주 먼지 입자에 탄소가 응축 될 가능성이 있음을 보여 주었다. 이들 아미노케 텐은 자발적으로 연결되어 폴리 글리신이라고 불리는 매우 간단한 펩티드를 형성 할 것이다. 아미노산의 형성을 건너 뛰면 환경에서 에너지가 필요하지 않고 자발적으로 반응이 진행될 수 있습니다.
그들의 주장을 테스트하기 위해 연구원들은 분자 구름에서 발견 된 조건을 실험적으로 시뮬레이션했습니다. 울트라이트 진공 챔버 내부에서, 그들은 일산화탄소와 암모니아를 섭씨 263도에 차가워진 기질 플레이트에 냉장하여 코스마드 먼지 입자의 얼음 표면을 흉내 냈다. 그런 다음이 얼음층 위에 탄소 원자를 퇴적하여 분자 구름 내부의 축합을 시뮬레이션했습니다. 화학적 분석은 진공 시뮬레이션이 실제로 10 또는 11 개의 서브 유닛까지 다양한 형태의 일부 다각형을 생성했음을 확인했다.
.연구원들은 수십억 년 전 우주 먼지가 함께 갇혀 소행성과 혜성을 형성함에 따라 먼지에 간단한 펩티드가 운석과 다른 충격가에서 지구로 히치 하이킹을 할 수 있다고 가정했다. 그들은 수많은 다른 세계에서도 똑같이했을 수도 있습니다.
펩티드에서 생명으로의 간격
NASA의 Goddard Space Flight Center의 우주 생물학자인 Daniel Glavin은 지구와 다른 행성으로의 펩티드를 지구와 다른 행성으로 전달하는 것이 생명을 형성하는 데“확실히 출발을 제공 할 것”이라고 말했다. 그러나“성간 얼음 먼지 화학에서 지구상의 생명으로 갈 수있는 큰 점프가 있다고 생각합니다.”
먼저 펩티드는 방사선에서 방사선에서 소행성 내부의 물 노출에 이르기까지 우주를 통한 여정의 위험을 견뎌야 할 것이며, 둘 다 분자를 조각 할 수 있습니다. 그런 다음 그들은 행성을 때리는 영향에서 살아남을 필요가있었습니다. 그리고 그들이 모든 것을 통해 그것을 만들지 도에도 불구하고, 그들은 생물학적 화학에 유용한 단백질로 접을 수있을 정도로 많은 화학 진화를 겪어야한다고 Glavin은 말했다.
이것이 일어났다는 증거가 있습니까? 우주 생물 학자들은 운석 내부의 아미노산을 포함한 많은 소분자를 발견했으며, 2002 년의 한 연구에 따르면 두 개의 운석은 2 개의 아미노산으로 만들어진 매우 작고 간단한 펩티드를 보유하고 있음을 발견했습니다. 그러나 연구원들은 아직 소행성이나 혜성에서 돌아온 운석이나 샘플에 그러한 펩티드와 단백질의 존재에 대한 다른 설득력있는 증거를 아직 발견하지 못했다고 Glavin은 말했다. 우주 암석에 상대적으로 작은 펩티드가 거의없는 것이 존재하지 않거나 아직 감지하지 않았는지 여부는 확실하지 않습니다.
그러나 Krasnokutski의 작품은 더 많은 과학자들이 외계 재료에서 이러한 복잡한 분자를 실제로 찾기 시작하도록 장려 할 수 있다고 Glavin은 말했다. 예를 들어, 내년에 NASA의 Osiris-Rex Spacecraft는 소행성 Bennu에서 샘플을 다시 가져올 것으로 예상되며 Glavin과 그의 팀은 이러한 유형의 분자 중 일부를 찾을 계획입니다.
연구자들은 이제 더 큰 펩티드 또는 다른 유형의 펩티드가 분자 구름에서 형성 될 수 있는지 테스트 할 계획입니다. Krasnokutski는 성간 배지의 다른 화학 물질과 에너지 광자는 더 크고 더 복잡한 분자의 형성을 유발할 수 있다고 말했다. 독특한 실험실 창을 통해 분자 구름으로 펩타이드가 더 길고 길어지는 것을 목격하고 자연 종이 접기와 같이 하루 접기가 잠재력이 터지는 아름다운 단백질로 접히는 것을 목격하기를 희망합니다.
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