|
Раскрытие тайн ранней химии Земли
|
|
|
|
Миллиарды лет назад Земля была чрезвычайно враждебной планетой с действующими вулканами, суровой атмосферой и отсутствием жизни. Однако эта добиотическая Земля была заполнена широким спектром абиотических органических молекул, полученных из ее ранней среды, которые подверглись химическим реакциям, которые в конечном итоге привели к возникновению жизни. Классом таких абиотических молекул, широко распространенных в добиотическую эру, были мономеры бета-гидроксикислоты (?HA) со структурой, несколько похожей на структуру бета-аминокислот, необходимых для современной жизни. Однако их нынешнее обилие в биологии невелико. Полиэфирные микрокапли, образующиеся в результате дегидратации и регидратации мономеров ?HA, были предложены в качестве моделей протоклеток и могли быть типом примитивного компартмента, который взаимодействовал и поглощал различные примитивные аналиты, такие как соли, в примитивной водной среде. Однако взаимодействия соль-полиэфир и поглощение соли внутри полиэфирных микрокапель остаются плохо изученными из-за отсутствия соответствующих аналитических методов.
|
|
|
|
Чтобы восполнить этот пробел в понимании, группа исследователей под руководством специального научного сотрудника с докторской степенью Чена Чена из RIKEN (бывший Токийский технологический институт) и специально назначенного адъюнкт-профессора Тони З. Цзя из Института наук о Земле и жизни Токийского технологического института недавно предложили новую стратегию исследования влияния поглощения соли на микрокапли полиэстера. Их прорыв, опубликованный в Small Methods, предложил новый способ использования существующих спектроскопических и биофизических методов для характеристики поглощения соли полиэфирными микрокаплями и понимания их поведения, опосредованного солью. «Примитивные молекулы, такие как ?HA и полиэфиры, хотя и не так широко используются современными живыми системами, как аминокислоты, могли заложить основу для эволюции примитивных химических систем, которые привели к возникновению жизни на Земле. Изучение взаимодействия полиэфиров с различными пребиотическими аналитами, такими как соли, и определение того, могут ли капли полиэфира поглощать соли, может дать представление о соответствующих функциях, проявляемых примитивными компартментами», — объясняет профессор Цзя.
|
|
|
?HA, такие как 3-фенилмолочная кислота (PA), могут подвергаться дегидратации в условиях, имитирующих раннюю Землю, с образованием гелеобразных полиэфиров; дальнейшая регидратация приводит к сборке безмембранных микрокапель. Ранее было обнаружено, что эти безмембранные капли разделяют примитивные аналиты, такие как нуклеиновые кислоты, небольшие органические молекулы и белки. Исследования выдвинули гипотезу о том, что жизнь зародилась и развилась в древней водной среде. Если микрокапли полиэфира существовали в примитивных водных средах, то они могли также поглощать соли, основной аналит, обнаруженный в примитивных водных средах, которые впоследствии также могли изменить структуру микрокапель. Таким образом, команда подвергла дегидратации различные ?HA, такие как PA (нейтральный мономер), яблочную кислоту (мономер с кислой боковой цепью) и 4-амино-2-гидроксимасляную кислоту (мономер с основной боковой цепью). синтез с последующей регидратацией в водной среде с образованием микрокапель полиэфира, содержащих нейтральные, содержащие кислотные остатки и основные остатки.
|
|
|
|
Фактически, это исследование было первым, показавшим правдоподобие микрокапель полиэфира, содержащих кислотный остаток! Затем они инкубировали микрокапли полиэфира в водных растворах, состоящих из различных концентраций различных хлоридных солей (NaCl, KCl, MgCl2 и CaCl2), которые могли быть в изобилии в ранних океанах. После поглощения соли полиэфирные микрокапли подвергались новому аналитическому методу с использованием масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) для анализа концентрации катионов соли в микрокаплях. Анализы были выполнены в сотрудничестве с исследователями из Мемориальной лаборатории Фазана в Институте планетарных материалов Университета Окаямы, где располагалась ИСП-МС, в рамках совместного гранта для совместного использования. Кроме того, в сотрудничестве с другими участниками, каждый из которых имеет уникальную специализацию, группа затем соединила ИСП-МС с другими спектроскопическими и биофизическими аналитическими методами, такими как анализ дзета-потенциала, оптическая плотность, динамическое рассеяние света и микрорамановская визуализация, для детального изучения. как поглощение соли влияет на поверхностный потенциал, мутность капель, размер и внутреннее распределение воды, соответственно, микрокапель.
|
|
|
|
Результаты показали, что микрокапли обладают способностью избирательно разделять катионы соли, что приводит к дифференциальной коалесценции микрокапель, вероятно, из-за уменьшения электростатического отталкивания между микрокаплями в результате нейтрализации поверхностного заряда поглощенными солями, которые предпочтительно локализованы на поверхности капли. В настоящем исследовании подчеркивается, что даже незначительные изменения в поглощении соли могут значительно повлиять на структуру протоклеток, что потенциально может объяснить разнообразие химического состава примитивных систем, возникших в различных водных системах — от пресноводных до океанических и гиперсоленых подокеанских рассолов. «Принятие новой и высокочувствительной стратегии анализа поглощения соли полиэфирными микрокаплями расширило спектр известных примитивных химических веществ, которые могли влиять на структуру и функцию примитивных протоклеток. Это открывает новые возможности для будущих исследований, касающихся значимости полиэфирных микрокапель. во время зарождения жизни как на Земле, так и за ее пределами», — заключает доктор Чен.
|
|
|
|
Источник
|
