Мировая гипотеза ПАУ
Гипотеза мира ПАУ — это спекулятивная гипотеза , предполагающая, что полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые, как известно, широко распространены во Вселенной , [1] [2] [3] в том числе в кометах, [4] и, как предполагается, их было много в первозданном бульоне ранней Земли , они сыграли важную роль в зарождении жизни , участвуя в синтезе молекул РНК , ведущих в мир РНК . Однако пока эта гипотеза не проверена. [5]
Фон
[ редактировать ]
1952 года Эксперимент Миллера-Юри продемонстрировал синтез органических соединений , таких как аминокислоты , формальдегид и сахара , из первоначальных неорганических предшественников, которые, как предполагали исследователи, присутствовали в первичном супе (но больше не считаются вероятными). Этот эксперимент вдохновил многих других. В 1961 году Джоан Оро обнаружил, что нуклеотидное основание аденин может быть получено из цианистого водорода (HCN) и аммиака в водном растворе. [6] Эксперименты, проведенные позже, показали, что другие азотистые основания РНК и ДНК могут быть получены путем моделирования пребиотической химии в восстановительной атмосфере . [7]
Гипотеза мира РНК показывает, как РНК может стать собственным катализатором ( рибозимом ). Между ними есть некоторые недостающие этапы, например, как РНК могли образоваться первые молекулы . Гипотеза мира ПАУ была предложена Саймоном Николасом Платтсом в мае 2004 года, чтобы попытаться заполнить этот недостающий шаг. [8] Более тщательно разработанная идея была опубликована Ehrenfreund et al. [9]
Полициклические ароматические углеводороды
[ редактировать ]
Зеленые области показывают области, где излучение горячих звезд сталкивается с большими молекулами и мелкими пылинками, называемыми « полициклическими ароматическими углеводородами » (ПАУ), вызывая их флуоресценцию .
( Космический телескоп Спитцер , 2018)
Полициклические ароматические углеводороды являются наиболее распространенными и многочисленными из известных многоатомных молекул в видимой Вселенной и считаются вероятным компонентом первобытного моря . [1] [2] [3] ПАУ вместе с фуллеренами (или « бакиболами ») недавно были обнаружены в туманностях. [10] В апреле 2019 года ученые, работающие с космическим телескопом «Хаббл» , сообщили о подтвержденном обнаружении крупных и сложных ионизированных молекул бакминстерфуллерена (C 60 ) в межзвездных средних пространствах между звездами . [11] [12] ( Фуллерены также причастны к происхождению жизни; по словам астронома Летиции Стангеллини: «Вполне возможно, что бакиболы из космоса предоставили семена жизни на Земле». [13] ) В сентябре 2012 года ученые НАСА сообщили, что ПАУ, подвергнутые условиям межзвездной среды (МЗС), трансформируются посредством гидрирования , оксигенации и гидроксилирования в более сложные органические вещества — «шаг на пути к аминокислотам и нуклеотидам , сырью». белков соответственно » и ДНК . [14] [15] Кроме того, в результате этих преобразований ПАУ теряют свою спектральную характеристику , что может быть одной из причин «отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездных ледяных зернах , особенно во внешних областях холодных, плотных облаков или верхних молекулярных слоях протопланетной планеты ». диски ». [14] [15]
В 2013 году углеводороды были обнаружены в верхних слоях атмосферы Титана ароматические , крупнейшего спутника планеты полициклические Сатурн . [16]
В 2018 году исследователи сообщили о низкотемпературных химических путях перехода от простых органических соединений к сложным ПАУ. Такие химические пути могут помочь объяснить присутствие ПАУ в низкотемпературной атмосфере Титана , Сатурна спутника , и могут быть важными путями, с точки зрения гипотезы мира ПАУ, в производстве предшественников биохимических веществ, связанных с жизнью, какой мы ее знаем. [17] [18]
ПАУ обычно не очень хорошо растворяются в морской воде, но под воздействием ионизирующего излучения, такого как солнечный ультрафиолет , внешние атомы водорода могут быть оторваны и заменены гидроксильной группой, что делает ПАУ гораздо более растворимыми.
Эти модифицированные ПАУ являются амфифильными , что означает, что они имеют как гидрофильные , так и гидрофобные части . В растворе они собираются в дискотические мезогенные ( жидкокристаллические ) стопки, которые, как и липиды , имеют тенденцию организовываться с защитой своих гидрофобных частей.
В 2014 году НАСА анонсировало создание базы данных [19] для отслеживания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во Вселенной . Более 20% углерода во Вселенной может быть связано с ПАУ. [19] [20] возможные материалы для формирования жизни . исходные ПАУ, судя по всему, образовались уже через пару миллиардов лет после Большого взрыва и широко распространены во Вселенной. [1] [2] [3] и связаны с новыми звездами и экзопланетами . [19]
Реакции
[ редактировать ]Прикрепление нуклеиновых оснований к каркасу ПАУ
[ редактировать ]В стопке самоупорядочяющихся ПАУ расстояние между соседними кольцами составляет 0,34 нм. Такое же разделение наблюдается между нуклеотидами РНК соседними и ДНК . Меньшие молекулы естественным образом прикрепляются к кольцам ПАУ. Однако кольца ПАУ при формировании имеют тенденцию вращаться друг вокруг друга, что приводит к смещению прикрепленных соединений, которые могут столкнуться с соединениями, прикрепленными к соединениям выше и ниже. Таким образом, он способствует преимущественному присоединению плоских молекул, таких как пиримидиновые и пуриновые нуклеиновые основания , ключевые компоненты (и носители информации) РНК и ДНК. Эти основания одинаково амфифильны и поэтому имеют тенденцию выстраиваться в одинаковые стопки.
Прикрепление олигомерного остова
[ редактировать ]Согласно гипотезе, как только нуклеиновые основания прикрепляются (посредством водородных связей ) к каркасу ПАУ, расстояние между основаниями будет выбирать «линкерные» молекулы определенного размера, такие как небольшие формальдегида ( метаналя ) олигомеры , также взятые из пребиотический «суп», который будет связываться (через ковалентные связи ) с азотистыми основаниями, а также друг с другом, образуя гибкую структурную основу. [5] [8]
Отсоединение РНК-подобных цепей
[ редактировать ]Последующее кратковременное падение pH окружающей среды (повышение кислотности), например, в результате вулканического выброса кислых газов, таких как диоксид серы или диоксид углерода , позволит основаниям оторваться от каркаса из ПАУ, образуя РНК-подобные молекулы (с формальдегидным остовом вместо рибозофосфатного остова, используемого в «современной» РНК, но с тем же шагом 0,34 нм). [5]
Образование рибозимоподобных структур.
[ редактировать ]Гипотеза далее предполагает, что как только длинные РНК-подобные одиночные нити отделяются от стопок ПАУ и после того, как уровень pH окружающей среды становится менее кислым, они будут иметь тенденцию сворачиваться сами в себя, при этом комплементарные последовательности нуклеиновых оснований будут преимущественно искать друг друга и образовывать водород. связи , создавая стабильные, по крайней мере частично, двухцепочечные РНК-подобные структуры, подобные рибозимам . Олигомеры формальдегида в конечном итоге будут заменены более стабильными молекулами рибозо-фосфата для материала основной цепи, что станет отправной точкой для гипотезы мира РНК , которая предполагает дальнейшее эволюционное развитие с этой точки. [5] [8] [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Кэри, Бьорн (18 октября 2005 г.). «Строительные блоки жизни «в изобилии в космосе» » . Space.com . Проверено 3 марта 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Хаджинс, Дуглас М.; Баушлихер-младший, Чарльз В.; Алламандола, ЖЖ (10 октября 2005 г.). «Вариации положения пика особенности межзвездного излучения 6,2 мкм: индикатор N в межзвездной популяции полициклических ароматических углеводородов». Астрофизический журнал . 632 (1): 316–332. Бибкод : 2005ApJ...632..316H . CiteSeerX 10.1.1.218.8786 . дои : 10.1086/432495 . S2CID 7808613 .
- ^ Перейти обратно: а б с Аламандола, Луи; и др. (13 апреля 2011 г.). «Космическое распределение химической сложности» . НАСА . Архивировано из оригинала 27 февраля 2014 года . Проверено 3 марта 2014 г.
- ^ Клавин, Уитни (10 февраля 2015 г.). «Почему кометы похожи на жареное мороженое» . НАСА . Проверено 10 февраля 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Платтс, Саймон Николас, «Мир ПАУ - дискотические полиядерные ароматические соединения как мезофазный каркас в зарождении жизни»
- ^ Оро Дж., Кимбалл А.П. (август 1961 г.). «Синтез пуринов в возможных примитивных земных условиях. I. Аденин из циановодорода». Архив биохимии и биофизики . 94 (2): 217–27. дои : 10.1016/0003-9861(61)90033-9 . ПМИД 13731263 .
- ^ Оро Дж (1967). Фокс С.В. (ред.). Происхождение пребиологических систем и их молекулярных матриц . Нью-Йорк Академик Пресс. п. 137.
- ^ Перейти обратно: а б с «Молекулярный отбор и организация пребиотиков». Архивировано 24 мая 2009 г. на Wayback Machine , веб-сайте астробиологии НАСА.
- ^ Эренфройнд, П; Расмуссен, С; Кливс, Дж; Чен, Л. (2006). «Экспериментальное отслеживание ключевых этапов возникновения жизни: ароматический мир». Астробиология . 6 (3): 490–520. Бибкод : 2006AsBio...6..490E . дои : 10.1089/ast.2006.6.490 . ПМИД 16805704 .
- ^ Гарсиа-Эрнандес, Д.А.; Манчадо, А.; Гарсиа-Ларио, П.; Стангеллини, Л.; Виллавер, Э.; Шоу, РА; Щерба, Р.; Переа-Кальдерон, СП (28 октября 2010 г.). «Образование фуллеренов в H-содержащих планетарных туманностях». Письма астрофизического журнала . 724 (1): L39–L43. arXiv : 1009.4357 . Бибкод : 2010ApJ...724L..39G . дои : 10.1088/2041-8205/724/1/L39 . S2CID 119121764 .
- ^ Старр, Мишель (29 апреля 2019 г.). «Космический телескоп Хаббл только что нашел убедительные доказательства существования межзвездных бакиболлов» . ScienceAlert.com . Проверено 29 апреля 2019 г.
- ^ Кординер, Массачусетс; и др. (22 апреля 2019 г.). «Подтверждение Interstellar C60 + с помощью космического телескопа Хаббл» . Письма астрофизического журнала . 875 (2): Л28. arXiv : 1904.08821 . Бибкод : 2019ApJ...875L..28C . дои : 10.3847/2041-8213/ab14e5 . S2CID 121292704 .
- ^ Аткинсон, Нэнси (27 октября 2010 г.). «Во Вселенной может быть много бакиболлов» . Вселенная сегодня . Проверено 28 октября 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б «НАСА готовит ледяную органику, чтобы имитировать происхождение жизни» . Space.com . 20 сентября 2012 года . Проверено 22 сентября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Гудипати, Мурти С.; Ян, Жуй (1 сентября 2012 г.). «Зондирование на месте радиационно-индуцированной обработки органических веществ в астрофизических аналогах льда - новые времяпролетные масс-спектроскопические исследования с лазерной десорбцией и лазерной ионизацией». Письма астрофизического журнала . 756 (1): Л24. Бибкод : 2012ApJ...756L..24G . дои : 10.1088/2041-8205/756/1/L24 . S2CID 5541727 .
- ^ Лопес-Пуэртас, Мануэль (6 июня 2013 г.). «ПАУ в верхних слоях атмосферы Титана» . КСИК . Проверено 6 июня 2013 г.
- ^ Персонал (11 октября 2018 г.). « «Пребиотическая Земля» — недостающее звено, найденное на лунном Титане Сатурна» . DailyGalaxy.com . Проверено 11 октября 2018 г.
- ^ Чжао, Лонг; и др. (8 октября 2018 г.). «Низкотемпературное образование полициклических ароматических углеводородов в атмосфере Титана» . Природная астрономия . 2 (12): 973–979. Бибкод : 2018NatAs...2..973Z . дои : 10.1038/s41550-018-0585-y . S2CID 105480354 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гувер, Рэйчел (21 февраля 2014 г.). «Нужно отслеживать органические наночастицы по всей Вселенной? У НАСА есть для этого приложение» . НАСА . Проверено 22 февраля 2014 г.
- ^ Гувер, Рэйчел (24 февраля 2014 г.). «Онлайн-база данных отслеживает органические наночастицы по всей Вселенной» . Научно-техническая газета . Проверено 10 марта 2015 г.
- ^ Линкольн, Трейси А.; Джойс, Джеральд Ф. (8 января 2009 г.). «Самоподдерживающаяся репликация фермента РНК» . Наука . 323 (5918). Нью-Йорк: Американская ассоциация содействия развитию науки: 1229–1232. Бибкод : 2009Sci...323.1229L . дои : 10.1126/science.1167856 . ПМК 2652413 . ПМИД 19131595 .
- «Первые примеры РНК, которая бесконечно реплицирует сама себя, разработаны учеными Скриппса» . Медицинские новости сегодня . 12 января 2009 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ингредиенты жизни обнаружены в ранней вселенной New Scientist Magazine 14:49 29 июля 2005 г.
- РНК-направленная гомохиральность аминокислот
