Πώς δημιουργήθηκε η ζωή και πώς οι χημικές διεργασίες στην πρώιμη Γη οδήγησαν στην ανάπτυξη πολύπλοκων, αυτοαναπαραγόμενων δομών που τελικά εξελίχθηκαν στις μορφές ζωής που γνωρίζουμε σήμερα; Μια επικρατούσα θεωρία υποστηρίζει ότι, πριν από τη σημερινή ζωή που βασίζεται στο DNA, υπήρχε ένα κρίσιμο μόριο που ονομάζεται RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ). Το RNA, που εξακολουθεί να αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της ζωής μέχρι σήμερα, διαθέτει την ικανότητα να αυτοαναπαράγεται και να καταλύει διάφορες χημικές αντιδράσεις.
Η πρόκληση έγκειται στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα δομικά στοιχεία του RNA, γνωστά ως ριβονουκλεοτίδια, θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί στην αρχέγονη Γη και στη συνέχεια να συνδυαστούν για να δημιουργήσουν το RNA. Οι ερευνητές, έχουν αφιερωθεί στην ανακατασκευή της σειράς των αντιδράσεων που ήταν απαραίτητες για τον σχηματισμό του RNA κατά την αυγή της ζωής. Πρόκειται για ένα τρομερό έργο, αν αναλογιστεί κανείς τις χαοτικές και περίπλοκες συνθήκες που επικρατούσαν στον πλανήτη μας πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Οι αυτοκαταλυτικές αντιδράσεις, οι οποίες παράγουν χημικές ουσίες που διεγείρουν την επανάληψη της ίδιας αντίδρασης, διερευνώνται ως πιθανοί συντελεστές αυτής της διαδικασίας. Οι αντιδράσεις αυτές μπορούν να διατηρηθούν σε ποικίλα περιβάλλοντα, γεγονός που τις καθιστά υποσχόμενους υποψήφιους για το σενάριο της πρώιμης Γης. Σε πρόσφατη έρευνά, οι ερευνητές ενσωματώσαν την αυτοκατάλυση σε ένα καθιερωμένο χημικό μονοπάτι που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή δομικών μονάδων ριβονουκλεοτιδίων. Αυτή η ενσωμάτωση θα μπορούσε να έχει πραγματοποιηθεί με τα απλά μόρια και τις πολύπλοκες συνθήκες που υπήρχαν στην πρώιμη Γη.
Επιστήμονες δημιουργούν εξελιγμένα κύτταρα για αντιμετώπιση του καρκίνου με ανοσοθεραπεία
Η αντίδραση Formose, που ανακαλύφθηκε το 1861, αποτελεί παράδειγμα μιας αυτοκαταλυτικής αντίδρασης σχετικής με την πρώιμη Γη. Η αντίδραση αυτή, η οποία εκκινείται από τη γλυκολαλδεΰδη και εξαρτάται από τη συνεχή παροχή φορμαλδεΰδης, παράγει μεγαλύτερα μόρια τα οποία, όταν κατακερματιστούν, κυκλοφορούν πίσω στην αντίδραση, διατηρώντας τη δυναμική της. Ωστόσο, όταν η φορμαλδεΰδη λιγοστεύει, η αντίδραση σταματά και τα προϊόντα διασπώνται σε σύνθετα μόρια σακχάρων και πίσσας. Η σύνδεση της αντίδρασης Formose με την οδό Powner-Sutherland, μια γνωστή οδό προς τα ριβονουκλεοτίδια, αποτελεί πρόκληση λόγω της φήμης της αντίδρασης Formose ότι είναι “μη επιλεκτική”, παράγοντας ανεπιθύμητα μόρια μαζί με τα επιθυμητά προϊόντα.
Στη μελέτη, οι ερευνητές εισήγαγαν κυαναμίδιο στην αντίδραση Formose, επιτρέποντας σε ορισμένα μόρια που παράγονται στην αντίδραση να κατευθυνθούν προς τη σύνθεση ριβονουκλεοτιδίων. Αν και η αντίδραση εξακολουθεί να μην αποδίδει μεγάλη ποσότητα δομικών στοιχείων ριβονουκλεοτιδίων, τα παραγόμενα είναι πιο σταθερά και λιγότερο επιρρεπή στην αποικοδόμηση. Αυτό που διαφοροποιεί αυτή τη μελέτη είναι η ενσωμάτωση της αντίδρασης Formose με την παραγωγή ριβονουκλεοτιδίων. Προηγούμενες έρευνες εξέταζαν συνήθως αυτές τις διαδικασίες χωριστά, αντανακλώντας τη συνήθη αναγωγιστική προσέγγιση στη χημεία. Η νέα μελέτη εμβαθύνει στις δυναμικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών χημικών μονοπατιών, οι οποίες είναι διαδεδομένες εκτός του ελεγχόμενου περιβάλλοντος του εργαστηρίου και χρησιμεύουν ως γέφυρα μεταξύ χημείας και βιολογίας.
Η αυτοκατάλυση βρίσκει επίσης βιομηχανικές εφαρμογές. Ενσωματώνοντας κυαναμίδιο στην αντίδραση Formose, γίνεται λήψη μιας ένωσης που ονομάζεται 2-αμινοοξαζόλη, χρήσιμη στη χημική έρευνα και τη φαρμακευτική παραγωγή. Η βελτιστοποίηση αυτής της διαδικασίας στο εργαστήριό αποσκοπεί στην αξιοποίηση των αυτοκαταλυτικών αντιδράσεων για να καταστήσει τις κοινές χημικές διεργασίες πιο αποδοτικές και αποτελεσματικές, αυξάνοντας ενδεχομένως την προσβασιμότητα σε φαρμακευτικά προϊόντα. Αν και δεν είναι τόσο μνημειώδες όσο η προέλευση της ζωής, αυτή η προσπάθεια έχει σημαντική αξία για όσα συνέβησαν στην πρώιμη Γη, για το πώς φτάσαμε ως εδώ, και το πού θα φτάσουμε.
