Persoalan bagaimana kehidupan di Bumi pertama kali muncul adalah persoalan yang telah ditanyakan oleh manusia kepada diri mereka sendiri sejak dahulu kala. Walaupun saintis agak yakin tentang kapan ia berlaku, belum ada jawapan pasti mengapa ia berlaku. Bagaimanakah asid amino, blok kehidupan kimia, bergabung kira-kira empat bilion tahun yang lalu untuk mencipta molekul protein pertama?
Walaupun persoalan itu masih belum dijawab, para saintis membuat penemuan baru yang dapat membantu menyempitkannya. Sebagai contoh, sepasukan penyelidik dari Pusat Evolusi Kimia Institut Teknologi Georgia (CCT) baru-baru ini melakukan kajian yang menunjukkan bagaimana beberapa pendahulu awal molekul protein mungkin secara spontan menghubungkannya untuk membentuk rantai.
Kajian baru-baru ini muncul di Prosiding Akademi Sains Kebangsaan. Kajian ini diketuai oleh Dr. Moran Frenkel-Pinter dari Georgia Tech dan merangkumi beberapa penyelidik dari CCT - yang disokong oleh NASA dan Yayasan Sains Nasional (NSF) - dengan bantuan Dr. Luke Leman, dan penolong profesor kimia di Scripps Research, sebuah institusi penyelidikan perubatan bukan untung.
Selama beberapa dekad, saintis mempunyai teori tentang bagaimana asid amino pertama bergabung untuk membentuk molekul protein. Malangnya, setakat ini semua usaha untuk mengesahkan teori-teori ini gagal. Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Leman:
"Bagaimana kimia menyebabkan kehidupan yang kompleks adalah salah satu pertanyaan paling menarik yang telah difikirkan oleh manusia. Terdapat banyak teori mengenai asal usul protein tetapi tidak begitu banyak sokongan makmal eksperimen untuk idea-idea ini. "
Untuk kajian mereka, pasukan penyelidik melakukan eksperimen di mana pilihan kecil asid amino (lisin, arginin, dan histidin) ditempatkan bersama dengan tiga asid amino pesaing bukan biologi. Asam-asam tersebut kemudian mengalami kondisi yang serupa dengan yang diyakini telah ada di Bumi semasa Hadean Eon (sekitar 4 miliar tahun yang lalu).
Ini terdiri dari memasukkan asam amino terpilih ke dalam air yang mengandungi asid hidroksi, yang diketahui dapat memudahkan reaksi asid amino dan mungkin biasa terjadi di Bumi prebiotik. Campuran kemudian dipanaskan hingga 85 °C (185 °F), yang mempercepat proses reaksi dan menyebabkan air menguap. Tindak balas kimia yang dihasilkan kemudian dikaji.
Yang mengejutkan mereka, asid amino biologi secara spontan terbentuk menjadi segmen rapi yang saling berkaitan melalui kumpulan--amin. Kumpulan ini adalah kumpulan yang terbuat dari nitrogen dan hidrogen dan cukup reaktif. Walau bagaimanapun, mereka juga merupakan sebahagian daripada inti asid amino dan amina lain yang membentuk rantai sampingan yang meluas dari inti (yang digunakan dalam eksperimen ini) sering kali lebih reaktif. Frenkel-Pinter berkata:
"Ini mengejutkan kita bahawa kimia ini menyukai hubungan? -Amina yang terdapat dalam protein, walaupun prinsip kimia mungkin mendorong kita untuk mempercayai bahawa sambungan bukan protein akan disukai. Keutamaan untuk hubungan protein seperti bukan protein adalah sekitar tujuh hingga satu. "
Kejutan lain adalah kenyataan bahawa asid amino biologi mengatasi yang bukan biologi dari segi kereaktifan. Asid yang terakhir, yang tidak terdapat dalam protein hari ini, berpotensi untuk bertindak balas secara kimia juga (atau lebih baik daripada) biologi. Lebih-lebih lagi, pasukan menjangkakan bahawa kemasukan asid ini akan memberi peluang kepada biologi untuk mendapatkan wang mereka dan bahkan boleh menyebabkan
Walau bagaimanapun, tindak balas tersebut kebanyakannya menghasilkan pembentukan peptida (dua atau lebih blok bangunan asid amino yang dihubungkan bersama) yang lebih dekat dengan protein sebenar hari ini. Khususnya, para penyelidik berpendapat bahawa asid amino bukan biologi akan mengatasi asid amino biologi yang dikenali sebagai lisin dan bahawa lisin tidak dapat membentuk rantai dengan pasti.
Dalam kedua-dua kes itu, mereka salah dan sebaliknya mendapati bahawa lisin terutama masuk ke rantai dengan cara yang serupa dengan apa yang berlaku dengan protein hari ini. Dari ini, pasukan membuat hipotesis bahawa rantai asid amino pasang siap yang berguna dalam sistem hidup berkembang sebelum hidup menemui cara untuk membuat protein.
Fakta bahawa eksperimen mereka menunjukkan bahawa asid amino biologi lebih disukai daripada yang bukan biologi juga dapat memberikan gambaran baru mengenai mengapa hanya 20 asid amino memasuki pembentukan kehidupan. Para saintis percaya bahawa terdapat lebih dari 500 asid yang wujud secara semula jadi di Bumi semasa Hadean Eon. Seperti yang dijelaskan oleh Loren Williams, seorang profesor biokimia di Georgia Tech
"Idea kami adalah bahawa kehidupan dimulakan dengan banyak blok bangunan yang ada di sana dan memilih subkumpulannya, tetapi kami tidak tahu berapa banyak yang dipilih berdasarkan kimia murni atau berapa banyak proses biologi yang dipilih. Melihat kajian ini, nampaknya biologi hari ini dapat menggambarkan reaksi kimia prebiotik awal ini lebih banyak daripada yang kita sangka. "
"Di Bumi prebiotik, mungkin ada sekumpulan asid amino yang jauh lebih besar. Adakah sesuatu yang istimewa mengenai 20 asid amino ini, atau adakah ini hanya membeku pada satu ketika dalam evolusi? " Ringkasnya, eksperimen menunjukkan bahawa jenis asid amino yang digunakan dalam protein lebih cenderung untuk bergabung bersama kerana mereka bertindak balas bersama dengan lebih berkesan dan mempunyai sedikit reaksi sampingan yang tidak cekap.
Ringkasnya, eksperimen menunjukkan bahawa jenis asid amino yang digunakan dalam protein lebih cenderung untuk bergabung bersama kerana mereka bertindak balas bersama dengan lebih berkesan dan mempunyai sedikit reaksi sampingan yang tidak cekap. Ini juga memberi kredibiliti tambahan kepada teori bahawa kebanyakan polimer biologi terbentuk dalam kitaran basah dan kering, yang merupakan sesuatu yang dimiliki oleh penyelidik CCT
Teori ini, yang menyatakan bahawa protein pertama berlaku di flat kotoran yang disapu hujan atau batu tepi pantai yang dibakar oleh matahari, bertentangan dengan naratif yang lebih konvensional bahawa asas kehidupan bergantung pada peristiwa yang jarang berlaku dan bencana, serta banyak bahan dalam pesanan untuk muncul. Dengan menunjukkan bahawa ia mungkin merupakan proses yang jauh lebih mudah, penyelidikan ini dapat membawa kita selangkah lebih dekat untuk membuka misteri kuno ini.
Ini juga boleh memberi implikasi dalam mencari kehidupan di luar Bumi. Sekiranya asas kehidupan secara semula jadi reaktif dan tertarik satu sama lain, maka kemungkinan besar kemungkinan reaksi kimia yang serupa berlaku di tempat lain di Alam Semesta!
