과학자들은 생명의 기원에 관한 화학적 수수께끼를 푸는 데 점점 가까워지고 있습니다

수십억 년 전에 지구가 형성된 후 생명이 어떻게 작동했는지 이해하려고 노력하는 사람들은 오랫동안 혼란스러워했습니다. 이제 화학자들은 실험실에서 모든 생명체에 필수적인 복잡한 화합물을 만들어 부분적으로 제조법을 발견했습니다.

케이크 재료를 만드는 것처럼, 연구자들은 모든 살아있는 세포의 신진대사에 중요하고 에너지 생산과 조절에 필수적인 화합물을 만드는 데 성공했습니다. 수십 년 동안 과학자들을 혼란스럽게 만들었던 이 경로는 초기 지구에 존재할 수 있는 상대적으로 단순한 분자를 포함하며 실온에서 몇 달에 걸쳐 결합됩니다.

이 발견은 생명의 주요 구성 요소 중 다수가 초기에 형성되어 결합하여 살아있는 세포를 형성했을 수 있다는 생각을 뒷받침합니다.

“우리는 왜 생명을 가지고 있습니까? 화학의 규칙은 왜 여기의 생명이 그런 것처럼 보인다는 것을 의미합니까? “라고 책의 수석 저자인 Matthew Bower는 말했습니다. 연구 논문. 이것은 “우리가 대답할 수 있는 가장 흥미로운 질문”입니다.

유기체는 외양이 크게 다르지만 세포 성장과 발달에 직접적으로 관여하는 1차 대사산물이라고 불리는 동일한 기본 화학 구성 요소로 구성됩니다. 예로는 리보핵산(RNA)과 DNA를 구성하는 단백질과 뉴클레오티드를 만드는 데 도움이 되는 아미노산이 있습니다.

새로운 실험실 실험은 또 다른 필수 대사산물인 조효소 A의 기원에 초점을 맞췄습니다. 조효소 A는 삶의 모든 영역에서 신진대사의 핵심입니다(많은 기능 중 하나). 예를 들어, 이 화합물은 산소가 필요한 유기체에서 탄수화물, 지방, 단백질로부터 에너지를 방출하는 데 중요한 역할을 하지만 많은 박테리아와 같이 산소가 필요하지 않은 생명체에서는 대사 기능도 수행합니다.

특히 Pawner와 그의 팀은 판테틴(panthetine)이라는 조효소 A 분자의 특정 부분을 재현하려고 했습니다. 판테틴은 조효소 A의 기능적 부분으로, 종종 운반되어 체내에서 다른 화학 반응이 일어나도록 합니다. 이 끝을 보조 인자라고 하며 스위치처럼 작동합니다. 이것이 없으면 보조 효소를 사용할 수 없습니다.

이번 연구에 참여하지 않은 오베를린 대학의 생물학자인 Aaron Goldman은 “우리의 모든 대사 과정은 이러한 공통 요인의 작은 부분 집합에 달려 있습니다.”라고 말했습니다. “이로 인해 연구자들은 생명의 기원과 초기 진화 과정에서 이러한 동일한 공통 요소가 더 크고 더 복잡한 효소보다 먼저 존재했을 수 있다고 제안하게 되었습니다.”

일부 연구자들은 오늘날 사용하는 더 크고 복잡한 에너지 통화 세포가 진화하기 전에 초기 생명체가 판테틴을 사용하여 에너지를 저장했을 수 있다고 제안했다고 Goldman은 말했습니다.

그렇다면 미스터리는 남아있습니다. 판테틴은 어디서 왔는가?

유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 포너(Pawner) 교수는 “우리는 시간을 되돌릴 수 없습니다. 생명의 기원으로 돌아갈 수 없습니다. 우리는 그 시대의 샘플을 찾을 수 없습니다.”라고 말했습니다. 이 문제의 핵심은 그것을 재구성하고 “처음부터 세포를 재설계하고 유기체를 만드는 데 필요한 것이 무엇인지 이해하는 것”을 시작하는 것입니다.

Pantethene을 만드는 것은 어려웠습니다. 그는 그 분자가 생화학적 기준으로 볼 때 “이상하다”고 말했습니다. 이는 단백질을 만드는 데 사용되는 펩타이드(아미노산 사슬)의 구조와 매우 유사했지만, 더 복잡한 구조를 제공하는 것처럼 보이는 몇 가지 이상한 특성(이상한 위치에 있는 특이한 요소)을 가지고 있었습니다.

이 화합물은 과학자들이 이전에 기본 분자로 만들기에는 너무 복잡하다고 제안한 호기심 많은 오리입니다. 다른 사람들은 판테텐이 생명의 기원에도 존재하지 않았다고 믿으며 그것을 만들려고 시도했으나 실패했습니다. 많은 과학자들은 생물학이 오두막을 짓고 나중에 그것을 궁전으로 바꾸는 것과 같이 시간이 지남에 따라 더욱 복잡하게 진화했을 단순한 버전을 만들었다고 믿었습니다.

그러나 팀은 연구실로 갔다. 그들은 주로 시안화수소나 물과 같이 초기 지구에 풍부했을 물질을 사용하는 데 중점을 두었습니다. 반응의 처음 몇 단계는 약 하루가 걸렸지만 마지막 단계는 60일 동안 지속되었으며 이는 볼더 실험실에서 수행한 반응 중 가장 긴 반응이었습니다. 팀은 마침내 “부분적으로는 우리가 지루해져서” 반응을 멈췄다고 그는 말했습니다. 그러나 결과는 판테틴이 너무 많았습니다.

니트릴이라는 질소 기반 화합물을 사용하여 다른 사람들이 수행한 실패한 연구와 비교한 팀의 성공. 이 화합물은 반응을 촉매하는 데 꼭 필요한 에너지를 제공했습니다. 니트릴이 없으면 잔디 깎는 기계가 있지만 움직일 가스가 없는 것과 같습니다.

실험을 이끈 University College London의 Jasper Fairchild 박사과정은 “아무도 시도하지 않았다는 것이 매우 놀랍습니다. 이들을 모두 함께 섞으면 모두 서로 반응할 것입니다”라고 말했습니다. 혼돈에 대해, 그러나 당신은 그렇지 않습니다. 판테틴만 드시면 됩니다. 그리고 나에게 그것은 매우 아름답습니다.”

연구자들은 초기 지구에서는 작은 웅덩이나 물 호수에서 반응이 일어났을 수 있다고 말했습니다. 그러나 큰 바다는 화학물질의 농도를 희석시켰을 가능성이 높습니다.

이번 연구에 참여하지 않은 화학자 조셉 모란(Joseph Moran)은 “이것은 조효소처럼 가장 복잡한 분자라도 생명의 분자가 어떻게 형성되는지 보여주는 또 하나의 아름다운 예”라고 말했습니다.

그러한 복잡한 분자를 만드는 간단한 방법은 지구에서 생명체가 어떻게 시작되었는지를 다시 생각해 볼 수 있습니다. Pawner는 과학자들이 역사적으로 생물학적 분자가 마치 초기에 발생한 것처럼 점진적으로 나타났다고 제안했다고 말합니다. RNA의 세계 나중에 단백질과 기타 화학 물질이 출현하게 되었습니다.

그러나 새로운 발견은 생명의 필수 요소 중 다수가 동일한 기본 화학 물질 및 조건에서 동시에 생성되어 단백질, RNA 및 기타 구성 요소를 동시에 생성할 수 있음을 보여줍니다. 실제로 팀의 이전 연구에서는 유사한 조건과 반응을 사용하여 뉴클레오티드(DNA 생성에 도움)와 펩타이드(단백질 생성에 도움)를 생성했습니다. 이러한 기본 요소들이 모여서 서로 상호 작용하고 궁극적으로 생명의 기원으로 이어질 수 있었습니다.

이러한 구성 요소가 어떻게 형성되고 융합되는지에 대한 더 나은 이해는 언젠가 과학자들이 실험실이나 심지어 다른 행성에서 안정적인 물질로 생명을 창조하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“우리는 그렇게 하기엔 아직 멀었다 [from scratch] “벌집을 만드세요.” Pawner가 말했습니다. “이런 일이 내 생애에는 일어나지 않을 수도 있지만, 우리는 이 분자들이 어떻게 함께 작동하는지 이해하는 과정에 있습니다.”

이 기사는 다음의 일부입니다. 숨겨진 행성지구와 그 너머의 경이롭고 예상치 못한 기괴한 과학을 탐구하는 칼럼입니다.

Beom Soojin

"음악 팬. 매우 겸손한 탐험가. 분석가. 여행 괴짜. 익스트림 TV 전문가. 게이머."

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