Kochsalz war möglicherweise entscheidend für die Entstehung des Lebens
Eine der grundlegendsten unerklärten Fragen der modernen Wissenschaft ist, wie das Leben begann. Wissenschaftler glauben im Allgemeinen, dass einfache Moleküle, die in frühen planetarischen Umgebungen vorhanden sind, in komplexere umgewandelt wurden, die durch den Einsatz von Energie aus der Umwelt dazu hätten beitragen können, das Leben zu beschleunigen. Wissenschaftler sind der Ansicht, dass die frühe Erde von vielen Arten von Energie durchdrungen war, von den hohen Temperaturen, die von Vulkanen erzeugt wurden, bis hin zur ultravioletten Strahlung, die von der Sonne herabgestrahlt wurde. Eine der klassischsten Studien darüber, wie organische Verbindungen auf der frühen Erde hergestellt werden konnten, ist das Miller-Urey-Experiment, das Ihnen zeigte, dass elektrische Entladungen, die Blitze simulieren, helfen können, eine Vielzahl von organischen Verbindungen herzustellen, einschließlich Aminosäuren, die grundlegende Bausteine allen Lebens sind. Eine weitere wichtige Energiequelle in planetarischen Umgebungen ist die hochenergetische Strahlung, die verschiedene Quellen hat, darunter den radioaktiven Zerfall natürlich vorkommender chemischer Elemente wie Uran und Kalium. Forschungen unter der Leitung von Yi Ruiqin und Albert Fahrenbach vom Earth-Life Science Institute (ELSI) am Tokyo Institute of Technology, Japan, haben kürzlich gezeigt, dass eine Vielzahl von Verbindungen, die für die Synthese von RNA nützlich sind, entstehen, wenn einfache Verbindungen, kombiniert mit Natriumchlorid, Gammastrahlen ausgesetzt werden.
Ausgehend von Cyanwasserstoff bietet die Eintopf-Synthese von Cyanamid und Vorläufern zu einfachem Zucker in Wasser - unter Verwendung von Gammastrahlen in Gegenwart von Ammonium- und Chloridsalzen - einen Weg in die Zukunft für die Entwicklung komplexer Gemische, die wichtige, potenziell präbiologische Verbindungen entwickeln können.
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Diese Arbeit bringt uns dem Verständnis einen Schritt näher, wie RNA, die allgemein als ein geeignetes Molekül zur Unterstützung des Lebensbeginns angesehen wird, abiotisch auf der frühen Erde entstanden sein könnte. Aufgrund seiner Komplexität ist es nicht einfach, RNA "von Grund auf" unter primitiven Sonnensystembedingungen herzustellen. Die Natur ist großartig darin, denn sie hat sich in Milliarden von Jahren entwickelt, um die Arbeit mit erstaunlicher Effizienz zu erledigen. Bevor das Leben entstand, gab es in der Umgebung wenig, was bei der Herstellung von RNA geholfen hätte. Diese Forscher fanden heraus, dass Natriumchlorid - oder Kochsalz - dazu beitragen kann, die notwendigen Bausteine für die RNA herzustellen. Natriumchlorid ist die chemische Verbindung, die das Meer salzig macht, daher ist es sehr wahrscheinlich, dass dieser Prozess auf primitiven Planeten, einschließlich der Erde, stattfinden könnte.
Die größte Herausforderung bei dieser Arbeit bestand darin, herauszufinden, dass Salz, insbesondere die Chloridkomponente, eine entscheidende Rolle bei diesen Reaktionen spielt. Typischerweise ignorieren Chemiker Chlorid in ihren Reaktionen. Wenn Chemiker Reaktionen im Wasser durchführen, ist es sehr wahrscheinlich, dass zumindest etwas Chlorid drin ist, obwohl es meistens nur als "Zuschauer" untätig da steht. Es spielt oft keine große Rolle bei den Reaktionen, die Chemiker interessieren, es ist nur ein Teil des Hintergrundes, die meiste Zeit. Diese Forscher fanden jedoch heraus, dass dies bei ihren Experimenten nicht der Fall war, und es dauerte einige Zeit, bis sie das herausgefunden hatten. Was sie schließlich ableiteten, war, dass die ionisierende Strahlung, die sie als Energiequelle für ihre Reaktionen nutzten, dazu führt, dass Chlorid ein Elektron verliert und zu dem wird, was als "Radikal" bezeichnet wird. Wie der Name schon sagt, ist das Chlorid dann nicht mehr so mild und reagiert viel chemischer. Sobald das Chlorid durch Gammastrahlung aktiviert wird, steht es frei, andere hochenergetische Verbindungen zu konstruieren, die schließlich helfen können, komplexe RNA-Moleküle aufzubauen.
Während diese Forscher ihre Reaktionen noch nicht bis zur RNA überredet haben, zeigt diese Arbeit, dass es nun im Prinzip nichts gibt, was dies verhindern könnte. Die Frage ist nun nicht mehr so sehr, wie man alle notwendigen Bausteine zur Herstellung von RNA herstellt, sondern wie man sie in einem "warmen kleinen Teich" zu den ersten RNA-Polymeren kombiniert. Eine der größten Herausforderungen dabei ist das Verständnis, wie andere Moleküle, d.h. andere als die für die Herstellung von RNA wichtigen, diesen Prozess beeinflussen können. Die Autoren denken, dass dies eine ziemlich "chaotische" Chemie sein könnte, in dem Sinne, dass viele andere Moleküle, die diesen Prozess stören könnten, gleichzeitig hergestellt würden. Ob diese anderen Moleküle die RNA-Synthese stören oder sogar eine positive Wirkung haben, steht im Mittelpunkt der Forschung dieser Wissenschaftler. Das Verständnis sehr komplexer Chemikaliengemische ist nicht nur eine Herausforderung aus der Lebensforschung, sondern auch eine große Herausforderung für die organische Chemie im Allgemeinen.
Originalveröffentlichung
Dr. Ruiqin Yi, Dr. Yayoi Hongo, Isao Yoda, Dr. Zachary R. Adam, Prof. Albert C. Fahrenbach; "Radiolytic Synthesis of Cyanogen Chloride, Cyanamide and Simple Sugar Precursors"; Chemistry Select; 2018
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