Eine neue Studie ist aufgetaucht, um uns auf den Ursprung des Lebens hinzuweisen. Er hat die Proteinstrukturen identifiziert, die dies möglich gemacht haben könnten.
Das Team ging von der Idee aus, dass das Leben anfing, Energie zu sammeln und zu nutzen. Diese Energie kommt höchstwahrscheinlich vom Himmel in Form von Sonnenstrahlung oder tief aus dem Inneren der Erde selbst, wenn Wärme durch hydrothermale Quellen auf dem Grund alter Meere sickert.
Auf molekularer Ebene bedeutet diese Nutzung von Energie Elektronentransfer, den grundlegenden chemischen Prozess, bei dem sich ein Elektron von einem Atom oder Molekül zu einem anderen bewegt. Der Elektronentransfer ist das Herzstück von Oxidations-Reduktions-Reaktionen (auch als Redox-Reaktionen bekannt), die für einige der Grundfunktionen des Lebens entscheidend sind.
Da Metalle die besten Elemente für den Elektronentransfer sind und komplexe Moleküle, sogenannte Proteine, die meisten biologischen Prozesse antreiben, beschlossen die Forscher, die beiden zu kombinieren und nach Proteinen zu suchen, die Metalle binden.
Ein methodischer Computeransatz wurde verwendet, um die metallsuchenden Proteine zu vergleichen, wobei bestimmte gemeinsame Merkmale aufgedeckt wurden, die bei allen konsistent waren, unabhängig von der Funktionalität des Proteins, dem Metall, an das es bindet, oder dem beteiligten Organismus.
„Wir haben gesehen, dass die metallbindenden Kerne existierender Proteine tatsächlich ähnlich sind, obwohl die Proteine selbst es nicht sind.“ sagt die Mikrobiologin Yana Brombergvon der Rutgers University-New Brunswick in New Jersey.
„Wir haben auch gesehen, dass diese Metallverbindungskerne oft aus sich wiederholenden Unterstrukturen wie Legosteinen bestehen. Interessanterweise wurden diese Bausteine auch in anderen Regionen der Proteine gefunden, nicht nur in metallbindenden Kernen, und in vielen anderen Proteinen, die in unserer Studie nicht berücksichtigt wurden.“
Das Konzept besagt, dass lösliche Metalle im Archaischen Ozean, der vor Milliarden von Jahren die Erde bedeckte, verwendet werden könnten, um den für die Energieübertragung und damit für das biologische Leben erforderlichen Elektronentransfer anzutreiben.
„Unsere Beobachtung legt nahe, dass Neuanordnungen dieser kleinen Bausteine möglicherweise einen einzigen gemeinsamen Vorfahren oder eine kleine Anzahl von Vorfahren hatten und die gesamte Palette der derzeit verfügbaren Proteine und ihrer Funktionen hervorgebracht haben.“ sagt Bromberg. “Das heißt, zum Leben, wie wir es kennen.”
Insbesondere war das Team in der Lage, Evolutionen in Proteinfaltungen zu identifizieren – die Formen, die Proteine annehmen, wenn sie biologisch aktiv werden – die möglicherweise die Proteine hervorgebracht haben, die wir heute kennen, fast wie ein molekulares Stammbaumprojekt.
Es wurde auch festgestellt, dass biologisch funktionelle Peptide, kleinere Versionen von Proteinen, den frühesten Proteinen vor 3,8 Milliarden Jahren vorausgegangen sein könnten.
„Wir haben nur sehr wenige Informationen darüber, wie das Leben auf diesem Planeten entstanden ist, und unsere Arbeit liefert eine Erklärung, die zuvor nicht verfügbar war.“ sagt Bromberg. „Diese Erklärung könnte möglicherweise auch zu unserer Suche nach Leben auf anderen Planeten und Planetenkörpern beitragen.
„Unsere Entdeckung spezifischer Strukturbausteine ist möglicherweise auch für die Bemühungen der Synthetischen Biologie relevant, wo Wissenschaftler darauf abzielen, spezifisch aktive Proteine wieder aufzubauen.“
Die Forschung wurde in veröffentlicht Fortschritt der Wissenschaft.
