Eine der wichtigsten und gleichzeitig komplexesten Fragen der Biologie, die unbeantwortet bleibt, ist, wie auf einem leblosen Planeten die einfachsten Lebensformen aus einfachen unbelebten Materialien entstehen konnten. Wissenschaftler können nur mit Sicherheit sagen, dass das Leben rein zufällig entstanden ist. Aber wie es dazu kam, kratzen sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt am Kopf. Um eine Antwort auf diese Frage zu erhalten, müssen Sie zunächst herausfinden, welche Eigenschaften das Leben bestimmen, dh wie sich der einfachste lebende Organismus von unbelebtem unterscheidet. Wissenschaftlern der Rutgers University ist es gelungen, in diesen Bereichen voranzukommen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Haupteigenschaft des Lebens der Stoffwechsel ist. Das heißt, lebende einfache Organismen müssen sich selbst mit Energie versorgen, die sie von der Sonne oder anderen Quellen erhalten könnten. Nachdem sie die Eigenschaften des Lebens definiert hatten, kamen sie zu dem Schluss, dass die Antwort bei den Proteinen gesucht werden muss, die Metalle binden. Als Ergebnis der Untersuchung letzterer gelang es dem Team, Strukturen zu finden, die zur Entstehung des Lebens auf unserem Planeten beitragen könnten.
Wissenschaftler haben möglicherweise Hinweise darauf gefunden, wie die ersten Lebensformen auf der Erde entstanden sind
Die Evolution von Proteinstrukturen gibt einen Hinweis auf den Ursprung des Lebens
Stoffwechsel ist die Fähigkeit einer Zelle die für den Betrieb biologischer Prozesse notwendige Energie gewinnen. Auf molekularer Ebene reduziert sich diese Fähigkeit auf den Transport von Elektronen. Wie Sie wissen, werden Elektronen am besten von Metallen transportiert. Elektrokabel sind ein anschauliches Beispiel dafür.
Die Haupteigenschaft aller lebenden Organismen, die sie von nicht lebenden unterscheidet, ist der Stoffwechsel
Gleichzeitig sind Proteinmoleküle die biologisch aktivsten. Daraus können wir annehmen, dass Metalle und Proteine interagieren könnten, was zur Geburt der ersten uralten Lebensformen führte. Um diese Annahme zu bestätigen oder zu widerlegen, verglichen Wissenschaftler in ihrer Studie, die in Science Advances veröffentlicht wurde, verschiedene Proteinstrukturen, die Metalle binden.
Die Idee der Wissenschaftler war, dass alle heute existierenden Proteine aus einer einzigen Gruppe namens Oxidoreduktasen stammen. Das sind Enzyme, die Elektronen transportieren. Nach dieser Idee sollten alle modernen Proteine gemeinsame Merkmale aufweisen, die von Generation zu Generation weitergegeben werden und ihre Verwandtschaft bestätigen.
Metallbindende Proteine könnten der Ursprung des Lebens sein
Laut den Autoren der Arbeit liefert die Evolution von Proteinstrukturen ein Verständnis dafür, wie neue Proteinstrukturen entstehen von bereits bestehenden. Um Proteine zu vergleichen, nutzten die Forscher die sogenannte Bioinformatik-Methode. Es besteht darin, Proteinsequenzen unter Berücksichtigung der Strukturen von Molekülen zu vergleichen.
Metallbindende Proteine sind nach dem Prinzip des Lego-Konstruktors aufgebaut
Wie sich während der Studie herausstellte, bestehen alle Proteine aus den gleichen Strukturblöcken, deren Reihenfolge unterschiedlich sein kann. Außerdem spielt es keine Rolle, mit welcher Art von Metall das Molekül in Wechselwirkung treten kann – mit Kupfer, Silber, Eisen oder einem anderen. Die Blöcke, aus denen Proteine bestehen, sind sowieso gleich.
„Die einzelnen Elemente verschiedener metallbindender Proteine sind sich sehr ähnlich, obwohl die Proteinmoleküle selbst sehr unterschiedlich sein können. Außerdem besteht die metallbindende Base in der Regel aus identischen Wiederholungsstrukturen. Das Prinzip erinnert an einen LEGO-Konstrukteur“, erklärt Jana Bromberg, Professorin für Biochemie und Mikrobiologie.
Damit bestätigte sich die Vermutung der Wissenschaftler, dass die Proteine, die Metalle binden, tatsächlich Gemeinsamkeiten aufweisen das könnte vom alten gemeinsamen Vorfahren geerbt worden sein. Berechnungen von Forschern zufolge existierten die ersten uralten bioaktiven Moleküle bereits vor 3,8 Milliarden Jahren auf der Erde.
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Wie die Wissenschaftler selbst sagen, ist ihre Arbeit zu einem wichtigen Beitrag zur Untersuchung der Anfangsstadien der Evolution von Proteinmolekülen geworden . Ihnen zufolge gibt das Ergebnis eine Vorstellung davon, wie der Stoffwechsel der ältesten Lebensformen aussah, die auf der Erde entstanden sind.
„Es gibt sehr wenige Informationen über die Entstehung des Lebens auf dem Planeten. Unsere Arbeit liefert eine Erklärung, die bisher nicht in Betracht gezogen wurde“, sagt Professorin Jana Bromberg.
Darüber hinaus können die Ergebnisse Wissenschaftlern zufolge möglicherweise bei der Suche nach außerirdischem Leben helfen. Möglicherweise ist die Entdeckung der spezifischen Bausteine, aus denen Proteine bestehen, auch für die Synthetische Biologie relevant. Dies ist eine Wissenschaft, die sich mit der künstlichen Herstellung spezifischer aktiver Proteine beschäftigt. Abschließend möchte ich Sie daran erinnern, dass das moderne Leben, das wir kennen, erst nach der Sauerstoffkatastrophe auf dem Planeten zu entstehen begann. Es entstand aufgrund der Verlangsamung der Rotation der Erde um ihre Achse.