როგორ აღმოცენდა სიცოცხლე? როგორ წარმოქმნა ქიმიურმა რეაქციებმა ადრეულ დედამიწაზე კომპლექსური, თვითგამრავლებადი სტრუქტურები, რომლებიც შემდეგ ჩვენთვის ნაცნობ ცოცხალ არსებებად გადაიქცნენ?
აზროვნების ერთი სკოლის მიხედვით, დნმ-ზე დაფუძნებული სიცოცხლის ამჟამინდელ ეპოქამდე, არსებობდა მოლეკულების სახე, სახელად რნმ (რიბონუკლეინის მჟავა). რნმ-ს, რომელიც დღესაც არის სიცოცხლის გადამწყვეტი კომპონენტი, საკუთარი თავის გამრავლება და სხვა ქიმიური რეაქციების კატალიზება შეუძლია.
თუმცა, თავად რნმ-ის მოლეკულები პატარა კომპონენტებისგან, სახელად რიბონუკლეოტიდებისგან შედგება. როგორ შეიძლება ჩამოყალიბებულიყო ეს საშენი მასალა ადრეულ დედამიწაზე და შემდეგ რნმ-ად კომბინირებულიყო?
ქიმიკოსები ცდილობენ აღადგინონ იმ ქიმიურ რეაქციათა ჯაჭვი, რაც სიცოცხლის გარიჟრაჟზე რნმ-ის წარმოქმნისთვის არის საჭირო, მაგრამ ამოცანა საკმაოდ რთულია. მათ კარგად იციან, რომ რა რეაქციასაც არ უნდა წარმოექმნა რიბონუკლეოტიდები, მისი წარმართვა შესაძლებელი უნდა ყოფილიყო იმ არეულ-დარეულ, რთულ გარემოში, რომელიც პლანეტაზე მილიარდობით წლის წინ სუფევდა.
ავსტრალიის ახალი სამხრეთ უელსის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა შეისწავლა, შესაძლებელი იყო თუ არა, რომ ამ პროცესში მონაწილეობა მიეღო „ავტოკატალიზატორ“ რეაქციებს. ეს გახლავთ რეაქციები, რომელთა მიერ წარმოქმნილი ქიმიური ნივთიერებებიც ამავე რეაქციის განმეორებას უწყობს ხელს; შედეგად, მათ საკუთარი თავის შენარჩუნება გარემოებების ფართო სპექტრში შეუძლიათ.
ახალ კვლევაში, ჯგუფმა ავტოკატალიზატორების კარგად ცნობილ ქიმიურ გზაში გააერთიანეს, რათა რიბონუკლეოტიდი საშენი მასალები წარმოექმნათ, რადგან სწორედ ასეთი რამ შეიძლება მომხდარიყო ადრეულ დედამიწაზე არსებულ მარტივ მოლეკულებსა და კომპლექსურ გარემო პირობებში.
ავტოკატალიზური რეაქციები ბიოლოგიაში გადამწყვეტ როლს ასრულებს — ჩვენი გულისცემის რეგულირებიდან დაწყებული, ზღვის ნიჟარების მახასიათებლების ფორმირებით დამთავრებული. უფრო მეტიც, თავად სიცოცხლის რეპლიკაცია, რომელშიც ერთი უჯრედი გარემოდან იღებს საკვებსა და ენერგიას, რათა ორი უჯრედი წარმოქმნას, ავტოკატალიზის განსაკუთრებით რთული მაგალითია.
ქიმიური რეაქცია, რომელსაც ფორმოზის რეაქციას უწოდებენ, 1861 წელს აღმოაჩინეს და ის საუკეთესო მაგალითია იმ ავტოკატალიზური რეაქციისა, რომელიც შეიძლება ადრეულ დედამიწაზე მომხდარიყო.
იდეაში, ფორმოზის რეაქცია მარტივი ნაერთის, სახელად გლიკოლალდეჰიდის (შედგება წყალბადის, ნახშირბადისა და ჟანგბადისგან) ერთი მოლეკულით იწყება და ორით მთავრდება. მექანიზმი ეფუძნება კიდევ ერთი მარტივი ნაერთის, ფორმალდეჰიდის მუდმივ მიწოდებას.
გლიკოლალდეჰიდსა და ფორმალდეჰიდს შორის რეაქცია უფრო დიდ მოლეკულას წარმოქმნის, ამ დროს ყოფს ფრაგმენტებს, რომლებიც შემდეგ რეაქციასვე უბრუნდება უკან და რეაქციაც ასე გრძელდება. თუმცა, მას შემდეგ, რაც ფორმალდეჰიდი ამოიწურება, რეაქცია ჩერდება და მისი პროდუქტები, შაქრის კომპლექსური მოლეკულები გუდრონად დეგრადირდება.
ფორმოზის რეაქციას გარკვეული საერთო ინგრედიენტები აქვს რიბონუკლეოტიდების წარმომქმნელ კარგად ცნობილ ქიმიურ გზასთან, რომელსაც პაუნერ-საზერლენდის გზას უწოდებენ. თუმცა, ამ დრომდე არავის უცდია ამ ორის დაკავშირება, რასაც კარგი მიზეზიც აქვს.
ფორმოზის რეაქციები იმით არის ცნობილი, რომ „არაშერჩევითია“. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ სასურველ პროდუქტებთან ერთად, წარმოქმნის ბევრ უსარგებლო მოლეკულას.
ახალ კვლევაში, ჯგუფმა ფორმოზის რეაქციაში კიდევ ერთი მარტივი მოლეკულის, ციანამიდის დამატება სცადა. ამან შესაძლებელი გახადა რეაქციის დროს წარმოქმნილი ზოგიერთი მოლეკულის „შესრუტვა“ და ამ გზით რიბონუკლეოტიდების წარმოება.
რეაქცია მაინც ვერ აწარმოებს რიბონუკლეოტიდების დიდი ოდენობით საშენ მასალას. თუმცა, რომლებსაც წარმოქმნილი მასალები უფრო სტაბილურია და ნაკლებად დეგრადირებადი.
კვლევა საინტერესოა იმით, რომ წარმოადგენს ფორმოზული რეაქციისა და რიბონუკლეოტიდების წარმოების ინტეგრირებას. წინა კვლევებში ისინი ცალ-ცალკეა შესწავლილი.
ზოგადად, ქიმიკოსები კომპლექსურობისგან თავის არიდებას ცდილობენ, რათა გაზარდონ პროდუქტის რაოდენობა და სისუფთავე. თუმცა, ასეთი რედუქციონისტული მიდგომით, შეიძლება ვერ შევისწავლოთ დინამიკური ურთიერთქმედებები სხვადასხვა ქიმიურ გზებს შორის.
რეალურ სამყაროში, ლაბორატორიის მიღმა, ასეთი ურთიერთქმედებები ყველგან ხდება და უდავოდ არის ხიდი ქიმიასა და ბიოლოგიას შორის.
ავტოკატალიზს მრეწველობაშიც იყენებენ. როდესაც ფორმოზის რეაქციას ციანამიდს დაუმატებ, წარმოიქმნება კიდევ ერთი პროდუქტი, ნაერთი, სახელად 2-ამინოოქსაზოლი, რომელსაც ქიმიურ კვლევებში და მრავალი სხვადასხვა პრეპარატის წარმოებაში იყენებენ.
2-ამინოოქსაზოლის ტრადიციული წარმოება ხშირად იყენებს ციანამიდსა და გლიკოალდეჰიდს; ეს უკანასკნელი ნაერთი საკმაოდ ძვირია. თუ მისი დამზადება შესაძლებელია ფორმოზის რეაქციის გამოყენებით, რეაქციის დასაწყებად გლიკოალდეჰიდის მხოლოდ მცირე რაოდენობა იქნება საჭირო, რაც ხარჯებს შეამცირებს.
მკვლევართა ჯგუფი ამჟამად ამ პროცედურის ოპტიმიზებაზე მუშაობს და იმედი აქვთ, რომ შეძლებენ ამ ავტოკატალიზური რეაქციის მანიპულირებას, რათა ასე გავრცელებული ეს ქიმიური რეაქციები უფრო იაფი და ეფექტიანი გახადონ. შესაბამისად, უფრო ხელმისაწვდომი გახდება მათი ფარმაცევტული პროდუქტებიც.
კვლევა Chemical Science-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.
