Od 1861 roku chemicy wierzyli, że reakcja formozowa – proces, w którym cząsteczki formaldehydu łączą się w coraz większe struktury – jest naturalnym źródłem rybozy, cukru niezbędnego do budowy RNA. To właśnie RNA, jako nośnik informacji genetycznej i katalizator reakcji biochemicznych, miało być pierwszym ogniwem życia. Jednak nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Scripps Research i Georgia Institute of Technology podważają tę hipotezę u samych podstaw.
Czytaj też: Szukając życia we wszechświecie, nie szukaj błękitu. Woda na innych planetach może być… czerwona
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Chem, naukowcy przeprowadzili eksperymenty w warunkach, które uznali za bardziej zbliżone do tych panujących na pierwotnej Ziemi – w temperaturze pokojowej i przy pH ok. 8, zamiast dotychczas stosowanego pH 12-13. Zamiast upragnionej rybozy, reakcja ta prowadziła jednak wyłącznie do powstawania rozgałęzionych struktur cukrowych, które nie mogą służyć jako budulec RNA.
Prof. Ramanarayanan Krishnamurthy, chemik z Scripps Research i współautor badania, mówi:
Koncepcja reakcji formozowej jako prebiotycznego źródła rybozy wymaga poważnego przemyślenia. Jeśli chcemy zrozumieć, jak powstały cząsteczki cukrowe potrzebne do życia, musimy szukać alternatywnych scenariuszy.
Życie z chaosu czy chaos zamiast życia?
Reakcja formozowa zawsze miała jedną zasadniczą wadę: była nieprzewidywalna. Rozpoczyna się powoli, ale szybko przechodzi w lawinowy proces, podczas którego z pierwotnie przezroczystego roztworu powstaje brunatna, gęsta masa z setkami związków organicznych. Prof. Krishnamurthy żartuje, że “to niemal jak karmelizacja”. W tej chemicznej kakofonii ryboza, jeśli w ogóle się pojawia, występuje w śladowych ilościach i znika wśród wielu innych, przypadkowych produktów.
Czytaj też: Jajko czy kura? Szokujące ustalenia na temat początków życia na Ziemi
Aby sprawdzić, czy da się zapanować nad tą reakcją, naukowcy zastosowali precyzyjną technikę spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) oraz znakowali cząsteczki wyjściowe. Chcieli zidentyfikować konkretne cukry i ocenić ich ilość. Efekt? Nawet w łagodnych warunkach, które miały przypominać środowisko wczesnej Ziemi, reakcja pozostawała niekontrolowana, a otrzymane produkty nie miały liniowej struktury.
Prof. Ramanarayanan Krishnamurthy mówi:
Reaktywność formaldehydu sprawia, że nie da się zatrzymać reakcji na określonym etapie. Nawet w bardzo łagodnych warunkach reakcja trwa tak długo, aż formaldehyd zostanie zużyty całkowicie.
Odkrycie to niesie ze sobą poważne konsekwencje. Jeśli reakcja formozowa nie jest w stanie wytworzyć rybozy w warunkach przypominających te pierwotne, pod znakiem zapytania staje cała hipoteza tzw. “świata RNA”. A to z kolei zmusza naukowców do rewizji najbardziej podstawowych założeń dotyczących początków życia.
Profesor Charles Liotta z Georgia Institute of Technology, współautor badania, zaznacza:
Nasze wyniki poddają w wątpliwość reakcję formozową jako podstawę powstawania cukrów liniowych. To znaczy, że potrzebujemy nowych pomysłów i nowych modeli chemicznych.
To nie pierwszy raz, gdy nauka musi cofnąć się o krok i ponownie zadać pytanie: jak z chemicznego chaosu powstały pierwsze uporządkowane cząsteczki życia? Możliwe, że kluczem nie jest sama ryboza, lecz inne, mniej oczywiste cząsteczki, które mogły poprzedzać RNA lub nawet wspomagać jego ewolucję w bardziej złożonym środowisku.
Choć badacze nie znaleźli odpowiedzi na pytanie o pochodzenie życia, ich praca może mieć inne, zaskakujące zastosowanie – w przemyśle biopaliw. Okazało się bowiem, że w łagodniejszych warunkach można otrzymać bardziej selektywnie rozgałęzione cukry, które są pożądane w procesach produkcji zielonej energii. Warto dodać, że zespół badaczy nie przekreśla całkowicie roli formozy, ale chce, by środowisko naukowe spojrzało szerzej.
Prof. Ramanarayanan Krishnamurthy podsumowuje:
Nie mówimy, że to koniec badań nad reakcją formozową – przeciwnie. Naszym celem było pokazanie, z jakimi problemami mierzy się ta koncepcja, gdy próbujemy ją zastosować w kontekście prebiotycznym. Mamy nadzieję, że nasze wyniki zainspirują innych do poszukiwania lepszych rozwiązań.
Wyniki tych badań nie tyle zamykają pewien rozdział, co otwierają nowy. Być może życie zaczęło się w głębokich kominach hydrotermalnych, w obecności metali przejściowych, albo z udziałem nieznanych jeszcze procesów chemicznych. Jedno jest pewne: pytanie o pochodzenie życia nadal pozostaje jedną z największych zagadek nauki.