Para ilmuwan semakin dekat untuk memecahkan misteri kimia asal usul kehidupan

Penemuan ini mendukung gagasan bahwa banyak komponen kunci kehidupan mungkin terbentuk sejak dini dan bergabung membentuk sel-sel hidup.

Mengapa kita memiliki kehidupan? Mengapa aturan kimia berarti bahwa kehidupan di sini terlihat seperti apa adanya?, kata Matthew Bower, penulis senior buku tersebut. Makalah penelitian. Ini hanyalah “pertanyaan paling menarik yang dapat kami jawab.”

Meskipun penampilan organisme sangat bervariasi, mereka terbuat dari bahan kimia dasar yang sama, yang disebut metabolit primer, yang terlibat langsung dalam pertumbuhan dan perkembangan sel. Contohnya termasuk asam amino yang membantu membangun protein dan nukleotida yang membentuk asam ribonukleat (RNA) dan DNA.

Eksperimen laboratorium baru berfokus pada asal usul metabolit penting lainnya: koenzim A, yang mendasari metabolisme di semua bidang kehidupan (sebagai salah satu dari banyak fungsinya). Misalnya, senyawa tersebut memainkan peran penting dalam melepaskan energi dari karbohidrat, lemak, dan protein pada organisme yang membutuhkan oksigen, namun juga berfungsi fungsi metabolisme dalam bentuk kehidupan yang tidak membutuhkan oksigen, seperti banyak bakteri.

Secara khusus, Pawner dan timnya ingin membuat ulang bagian tertentu dari molekul koenzim A yang disebut pantetin. Pantethine adalah bagian fungsional dari koenzim A, dan sering diangkut serta memungkinkan terjadinya reaksi kimia lainnya di dalam tubuh. Ujung ini disebut kofaktor dan bertindak seperti saklar, tanpanya koenzim tidak akan dapat digunakan.

“Semua proses metabolisme kita bergantung pada sebagian kecil dari faktor-faktor umum ini,” kata ahli biologi Aaron Goldman, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Hal ini membuat para peneliti berpendapat bahwa faktor-faktor umum yang sama mungkin mendahului enzim yang lebih besar dan lebih kompleks selama asal usul dan awal evolusi kehidupan.”

Beberapa peneliti berpendapat bahwa bentuk kehidupan awal mungkin telah menggunakan pantetin untuk menyimpan energi sebelum evolusi sel mata uang energi yang lebih besar dan kompleks digunakan saat ini, kata Goldman.

Jika demikian, misterinya tetap ada: dari mana asal pantethine?

“Kita tidak bisa kembali ke masa lalu. Kita tidak bisa kembali ke asal usul kehidupan. Kita tidak bisa menemukan sampel dari jangka waktu tersebut,” kata Pawner, seorang profesor di University College London. inti permasalahan ini adalah merekonstruksinya, dan memulai “Dari awal, merekayasa ulang sel, dan memahami apa yang diperlukan untuk membangun suatu organisme.”

Membangun Pantethene itu sulit. Dia mengatakan molekul itu “aneh” menurut standar biokimia. Ia sangat mirip dengan struktur peptida (rantai asam amino) yang digunakan untuk membangun protein, namun ia memiliki beberapa sifat aneh – elemen tidak biasa yang berada di tempat aneh – yang tampaknya memberinya struktur yang lebih kompleks.

Senyawa ini sangat aneh sehingga para ilmuwan sebelumnya berpendapat bahwa senyawa tersebut terlalu rumit untuk dibuat dari molekul dasar. Yang lain telah mencoba dan gagal menciptakan pantethene, percaya bahwa pantethene bahkan tidak ada pada asal mula kehidupan. Banyak ilmuwan percaya bahwa biologi telah menciptakan versi sederhana, yang seiring berjalannya waktu akan berkembang menjadi lebih kompleks, seperti membangun gubuk dan kemudian mengubahnya menjadi istana.

Namun tim berangkat ke laboratorium. Mereka berfokus terutama pada penggunaan bahan-bahan yang melimpah di masa awal Bumi, seperti hidrogen sianida dan air. Beberapa langkah pertama reaksi memakan waktu sekitar satu hari, namun langkah terakhir berlangsung selama 60 hari, reaksi terlama yang pernah dilakukan oleh laboratorium Boulder. Tim akhirnya berhenti bereaksi “sebagian karena kami bosan,” katanya. Tapi hasilnya banyak pantetinnya.

Keberhasilan tim ini dibandingkan dengan penelitian gagal yang dilakukan oleh penelitian lain yang menggunakan senyawa berbasis nitrogen yang disebut nitril. Senyawa ini menyediakan energi yang sangat dibutuhkan untuk mengkatalisis reaksi. Tanpa nitril, seperti memiliki mesin pemotong rumput tetapi tidak ada gas untuk menggerakkannya.

“Saya pikir sangat mengejutkan bahwa belum ada yang mencobanya. Jika Anda menggabungkan semuanya, mereka semua akan saling reaktif satu sama lain,” kata Jasper Fairchild, kandidat Ph.D. di University College London yang memimpin eksperimen tersebut. Tentang kekacauan, tapi kamu tidak melakukannya. Anda bisa mendapatkan pantetin saja. Dan bagi saya, itu sangat indah.”

Para peneliti mengatakan bahwa pada masa awal Bumi, reaksi tersebut mungkin terjadi di kolam kecil atau danau air. Namun, lautan luas kemungkinan besar melemahkan konsentrasi bahan kimia.

Ahli kimia Joseph Moran, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan: “Ini adalah contoh indah lainnya tentang bagaimana molekul kehidupan, bahkan molekul paling kompleks seperti koenzim, siap untuk terbentuk.”

Sebuah resep sederhana untuk molekul kompleks seperti itu dapat membayangkan kembali bagaimana kehidupan dimulai di Bumi. Secara historis, kata Pawner, para ilmuwan berpendapat bahwa molekul biologis muncul secara bertahap, seolah-olah lebih awal Dunia RNA Yang kemudian menyebabkan munculnya protein dan bahan kimia lainnya.

Namun penemuan baru ini menunjukkan bahwa banyak elemen penting kehidupan dapat tercipta secara bersamaan dari bahan kimia dan kondisi dasar yang sama, menghasilkan protein, RNA, dan komponen lainnya secara bersamaan. Faktanya, penelitian tim sebelumnya menggunakan kondisi dan reaksi serupa untuk menciptakan nukleotida (yang membantu membuat DNA) dan peptida (yang membantu membuat protein). Unsur-unsur dasar ini bisa saja bersatu, berinteraksi satu sama lain, dan pada akhirnya melahirkan asal mula kehidupan.

Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana komponen-komponen ini terbentuk dan menyatu suatu hari nanti dapat membantu para ilmuwan menciptakan kehidupan dari bahan-bahan yang stabil di laboratorium, atau bahkan di planet lain.

“Kami masih jauh dari mampu melakukan itu [from scratch] “Buatlah sarang,” kata Pawner. “Ini mungkin tidak terjadi dalam hidup saya, tapi kita sedang dalam proses memahami bagaimana molekul-molekul ini bekerja sama.”

Artikel ini adalah bagian dari Planet tersembunyikolom yang mengeksplorasi ilmu pengetahuan yang menakjubkan, tak terduga, dan aneh di planet kita dan sekitarnya.