Τα Μαγνητικά Πεδία και η Προέλευση της Μοριακής Χειρικότητας της Ζωής

Η προτιμώμενη «χεριά» των βιομορίων θα μπορούσε να έχει προκύψει από προκατειλημμένες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και μαγνητικών επιφανειών, προτείνει νέα έρευνα.

Τα έμβια όντα είναι ασύμμετρα, ακόμη και σε μοριακό επίπεδο:Αν και πολλά βασικά βιομόρια υπάρχουν σε ξεχωριστές μορφές κατοπτρικής εικόνας, τα κύτταρα τείνουν να χρησιμοποιούν αποκλειστικά μία από αυτές τις μορφές.

Lou Kiss για το Quanta Magazine

Εισαγωγή

Το 1848, όταν ο Λουί Παστέρ ήταν ένας νεαρός χημικός ακόμα χρόνια μακριά από την ανακάλυψη του τρόπου αποστείρωσης του γάλακτος, ανακάλυψε κάτι περίεργο για τους κρυστάλλους που σχηματίστηκαν κατά λάθος όταν ένας βιομηχανικός χημικός έβραζε κρασί για πάρα πολύ καιρό. Οι μισοί από τους κρυστάλλους ήταν αναγνωρίσιμα τρυγικό οξύ, ένα βιομηχανικά χρήσιμο αλάτι που αναπτύχθηκε φυσικά στα τοιχώματα των βαρελιών κρασιού. Οι άλλοι κρύσταλλοι είχαν ακριβώς το ίδιο σχήμα και συμμετρία, αλλά το ένα πρόσωπο ήταν προσανατολισμένο προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Η διαφορά ήταν τόσο έντονη που ο Παστέρ μπορούσε να διαχωρίσει τους κρυστάλλους κάτω από έναν μεγεθυντικό φακό με τσιμπιδάκια. «Είναι σε σχέση μεταξύ τους τι είναι μια εικόνα, σε έναν καθρέφτη, σε σχέση με το πραγματικό», έγραψε σε μια εφημερίδα εκείνη τη χρονιά.

Αν και ο Παστέρ δεν το ήξερε, μέσα στο κρυσταλλωμένο κατακάθι αυτού του κρασιού, είχε σκοντάψει σε ένα από τα βαθύτερα μυστήρια σχετικά με την προέλευση της ζωής στη Γη.

Αυτό που έβλεπε ήταν ένα μείγμα μορίων τρυγικού οξέος που είχαν πανομοιότυπες ατομικές συνθέσεις και διατάξεις κατοπτρικής εικόνας αυτών των ατόμων στο διάστημα. Είχαν την ιδιότητα που αργότερα ονομάστηκε «χειραλισμός» από την ελληνική λέξη για το «χέρι»:Όπως ακριβώς το αριστερό και το δεξί μας χέρι είναι συμμετρικά αντίθετα μεταξύ τους, οι αριστερόχειρες και δεξιόχειρες εκδοχές (ή εναντιομερή) των μορίων του τρυγικού οξέος είναι διακριτές και μη ισοδύναμες.

Η σημασία της παρατήρησης του Παστέρ ξεπέρασε την ανακάλυψη της χειραλικότητας - υπήρχε επίσης ο αξιοσημείωτος λόγος που την έβλεπε. Οι συνθετικοί κρύσταλλοι ήταν ένα μείγμα των εναντιομερών του τρυγικού οξέος επειδή η διαδικασία βρασμού επέτρεψε να σχηματιστούν σε ίσους αριθμούς αριστερόχειρες και δεξιόχειρες εκδόσεις. Αλλά στους φυσικούς κρυστάλλους από τα βαρέλια κρασιού, όλα τα μόρια του τρυγικού οξέος ήταν δεξιόχειρα — επειδή τα σταφύλια που χρησιμοποιούνται για το κρασί, που μαζεύτηκαν από ζωντανά αμπέλια, έκαναν μόνο αυτό το εναντιομερές.

Η χειρομορφία είναι μια υπογραφή της ζωής όπως την ξέρουμε. Ξανά και ξανά, οι βιοχημικοί ανακάλυψαν ότι όταν τα ζωντανά κύτταρα χρησιμοποιούν χειρόμορφα μόρια, χρησιμοποιούν αποκλειστικά μια χειρομορφία. Τα σάκχαρα που συνθέτουν το DNA, για παράδειγμα, είναι όλα δεξιόχειρα. Τα αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες είναι όλα αριστερόχειρα. Εάν τα λανθασμένα εναντιομερή περάσουν στα φαρμακευτικά προϊόντα, τα αποτελέσματα μπορεί μερικές φορές να είναι τοξικά ή ακόμη και θανατηφόρα.

Ο Γάλλος χημικός Λουί Παστέρ (αριστερά) σχεδίασε αυτή την εικόνα το 1848 για να απεικονίσει πώς οι κρύσταλλοι του μείγματος που τώρα ονομάζεται παρατρυγικό οξύ είναι συμμετρικοί αλλά όχι υπερτιθέμενοι. Αυτή η ιδιότητα έγινε αργότερα γνωστή ως χειραλικότητα.

Paul Nadar (αριστερά); Annales de Chimie et de Physique

Κάποιο γεγονός ή σειρά γεγονότων στην αρχή της ιστορίας της ζωής πρέπει να «έσπασε τον καθρέφτη», όπως το έθεσαν οι βιοχημικοί, ρίχνοντας τη ζωή σε μοριακή ασυμμετρία. Οι επιστήμονες έχουν συζητήσει γιατί η ζωή έγινε ομοχειρόμορφη και αν έπρεπε να συμβεί ή αν ήταν καθαρά τυχαίο. Οι χειρόμορφες προτιμήσεις εντυπωσιάστηκαν στην πρώιμη ζωή από μεροληπτικά δείγματα μορίων που έφτασαν από το διάστημα ή μήπως εξελίχθηκαν κατά κάποιον τρόπο από μείγματα που ξεκίνησαν ως ίσα μέρη δεξιόχειρες και αριστερόχειρες;

«Οι επιστήμονες έχουν παραπλανηθεί από αυτή την παρατήρηση», είπε η Soumitra Athavale, επίκουρη καθηγήτρια οργανικής χημείας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες. «Έχουν καταλήξει σε όλα τα είδη των προτάσεων όλα αυτά τα χρόνια, αλλά είναι δύσκολο να καταλήξουν σε προτάσεις που είναι πραγματικά σχετικές γεωλογικά». Επιπλέον, ενώ πολλές θεωρίες θα μπορούσαν να εξηγήσουν γιατί ένας τύπος μορίου μπορεί να έχει γίνει ομοχειρόμορφος, καμία από αυτές δεν εξήγησε γιατί ολόκληρα δίκτυα βιομορίων το έκαναν.

Πρόσφατα, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ δημοσίευσε μια σειρά εργασιών που παρουσιάζουν μια ενδιαφέρουσα λύση για το πώς προέκυψε η ομοχειρικότητα της ζωής. Υποδηλώνουν ότι οι μαγνητικές επιφάνειες σε ορυκτά σε υδάτινα σώματα στην αρχέγονη Γη, φορτισμένες από το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, θα μπορούσαν να έχουν χρησιμεύσει ως «χειρικοί παράγοντες» που προσέλκυσαν ορισμένες μορφές μορίων περισσότερο από άλλες, ξεκινώντας μια διαδικασία που ενίσχυσε τη χειρικότητα των βιολογικών μορίων, από πρόδρομους RNA μέχρι τις πρωτεΐνες. Ο προτεινόμενος μηχανισμός τους θα εξηγούσε πώς μια προκατάληψη στη σύνθεση ορισμένων μορίων θα μπορούσε να έχει καταρρεύσει προς τα έξω για να δημιουργήσει ένα τεράστιο δίκτυο χειραλικής χημείας που υποστηρίζει τη ζωή.

Δεν είναι η μόνη εύλογη υπόθεση, αλλά «είναι μια από τις πιο ενδιαφέρουσες γιατί συνδέει τη γεωφυσική με τη γεωχημεία, την πρεβιοτική χημεία [και] εν τέλει με τη βιοχημεία», δήλωσε ο Τζέραλντ Τζόις, βιοχημικός και πρόεδρος του Ινστιτούτου Salk που δεν συμμετείχε στη μελέτη. Είναι επίσης εντυπωσιασμένος ότι η υπόθεση υποστηρίζεται από «πραγματικά πειράματα» και ότι «το κάνουν αυτό υπό ρεαλιστικές συνθήκες».

Το φαινόμενο CISS

Οι ρίζες της νέας θεωρίας για την ομοχειρικότητα φτάνουν πίσω σχεδόν ένα τέταρτο του αιώνα όταν ο Ron Naaman, καθηγητής χημικής φυσικής στο Weizmann Institute of Science στο Ισραήλ, και η ομάδα του ανακάλυψαν μια κρίσιμη επίδραση των χειρόμορφων μορίων. Η δουλειά τους επικεντρώθηκε στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια έχουν δύο βασικές ιδιότητες:Φέρουν αρνητικό φορτίο και έχουν «σπιν», μια κβαντική ιδιότητα ανάλογη με την εγγενή περιστροφή δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. Όταν τα μόρια αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια ή επιφάνειες, τα ηλεκτρόνια τους μπορούν να ανακατανεμηθούν, πολώνοντας τα μόρια δημιουργώντας ένα αρνητικό φορτίο στον προορισμό τους και ένα θετικό φορτίο στο σημείο εκκίνησης.

Ο Ron Naaman του Ινστιτούτου Επιστήμης Weizmann στο Ισραήλ ανακάλυψε το φαινόμενο CISS το 1999. Οι εφαρμογές και η βιολογική του σημασία συνέχισαν να εμφανίζονται από τότε.

Ευγενική προσφορά του Ron Naaman

Ο Naaman και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι τα χειρόμορφα μόρια φιλτράρουν τα ηλεκτρόνια με βάση την κατεύθυνση του σπιν τους. Τα ηλεκτρόνια με έναν προσανατολισμό σπιν θα κινούνται πιο αποτελεσματικά σε ένα χειρόμορφο μόριο προς τη μία κατεύθυνση από την άλλη. Τα ηλεκτρόνια με αντίθετη περιστροφή κινούνται πιο ελεύθερα προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Για να καταλάβετε γιατί, φανταστείτε να πετάτε ένα Frisbee που κοιτάζει από τον τοίχο ενός διαδρόμου. Εάν το Frisbee χτυπήσει στον δεξιό τοίχο, θα αναπηδήσει προς τα εμπρός μόνο εάν περιστρέφεται δεξιόστροφα. διαφορετικά, θα αναπηδήσει προς τα πίσω. Το αντίθετο θα συμβεί αν χτυπήσετε το Frisbee από τον αριστερό τοίχο. Ομοίως, τα χειρόμορφα μόρια «διασκορπίζουν τα ηλεκτρόνια σύμφωνα με την κατεύθυνση περιστροφής τους», είπε ο Naaman. Αυτός και η ομάδα του ονόμασαν αυτό το φαινόμενο ως το φαινόμενο της επιλεκτικότητας περιστροφής που προκαλείται από χειρόμορφα (CISS).

Εξαιτίας αυτής της σκέδασης, τα ηλεκτρόνια με ένα δεδομένο σπιν καταλήγουν να συσσωρεύονται σε έναν πόλο ενός χειρόμορφου μορίου (και οι δεξιόστροφες και αριστερόστροφες εκδοχές του μορίου συγκεντρώνουν αντίθετα σπιν στους αντίστοιχους πόλους τους). Αλλά αυτή η ανακατανομή των σπιν επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα χειρόμορφα μόρια αλληλεπιδρούν με τις μαγνητικές επιφάνειες επειδή τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις έλκονται το ένα το άλλο και αυτά που περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση απωθούν το ένα το άλλο.

Κατά συνέπεια, όταν ένα χειρόμορφο μόριο πλησιάζει μια μαγνητική επιφάνεια, θα τραβηχτεί πιο κοντά εάν το μόριο και η επιφάνεια έχουν αντίθετες πολώσεις σπιν. Αν οι περιστροφές τους ταιριάζουν, θα απωθούν ο ένας τον άλλον. (Επειδή συμβαίνουν και άλλες χημικές αλληλεπιδράσεις, το μόριο δεν μπορεί απλώς να αναστραφεί για να ευθυγραμμιστεί ξανά.) Έτσι μια μαγνητική επιφάνεια μπορεί να λειτουργήσει ως χειρόμορφος παράγοντας, αλληλεπιδρώντας κατά προτίμηση με ένα μόνο εναντιομερές μιας ένωσης.

Το 2011, σε συνεργασία με μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Münster στη Γερμανία, ο Naaman και η ομάδα του μέτρησαν το σπιν των ηλεκτρονίων καθώς κινούνταν μέσω δίκλωνου DNA, επιβεβαιώνοντας ότι το φαινόμενο CISS είναι πραγματικό και ισχυρό.

Τότε ήταν που η έρευνα για το αποτέλεσμα και τις πιθανές εφαρμογές του «άρχισαν να αναπτύσσονται», είπε ο Naaman. Αυτός και η ομάδα του, για παράδειγμα, ανέπτυξαν διάφορους τρόπους για να χρησιμοποιήσουν το φαινόμενο CISS για την αφαίρεση ακαθαρσιών από τα βιοφάρμακα ή για να αποκλείσουν τα λάθος εναντιομερή από τα φάρμακα για να αποτρέψουν σημαντικές παρενέργειες. Έχουν επίσης διερευνήσει πώς το φαινόμενο CISS μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση των μηχανισμών της αναισθησίας.

Αλλά άρχισαν να εργάζονται σοβαρά στην ιδέα ότι το φαινόμενο CISS παίζει ρόλο στην άνοδο της βιολογικής ομοχειρικότητας αφού κλήθηκαν να συνεργαστούν σε μια υπόθεση από μια ομάδα στο Χάρβαρντ με επικεφαλής τον αστρονόμο Dimitar Sasselov και τον απόφοιτο φοιτητή του S. Furkan Ozturk.

Μια προοπτική φυσικής

Ο Ozturk, ο νεαρός κύριος συγγραφέας των πρόσφατων δημοσιεύσεων, αντιμετώπισε το πρόβλημα της ομοχειρικότητας το 2020 όταν ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής φυσικής στο Χάρβαρντ. Δυσαρεστημένος με την έρευνά του στις κβαντικές προσομοιώσεις που χρησιμοποιούν υπερψυχρά άτομα, ξεφύλλισε ένα επιστημονικό περιοδικό που περιγράφει λεπτομερώς 125 από τα μεγαλύτερα μυστήρια στον κόσμο και έμαθε για την ομοχειρικότητα.

«Έμοιαζε πραγματικά με ερώτηση φυσικής γιατί αφορά τις συμμετρίες», είπε. Αφού επικοινώνησε με τον Sasselov, ο οποίος είναι ο διευθυντής της Πρωτοβουλίας Origins of Life του Χάρβαρντ και που ήδη ενδιαφερόταν για το ζήτημα της ομοχειρικότητας, ο Ozturk μεταπήδησε για να γίνει φοιτητής στο εργαστήριό του.

Ο Dimitar Sasselov (αριστερά) και ο Furkan Ozturk στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ οδήγησαν πειράματα που πρότειναν ότι οι μαγνητικές επιφάνειες σε λίμνες θα μπορούσαν να έχουν επιβάλει ομοχειρικότητα σε ζωτικά βιομόρια στην αρχή της ιστορίας της ζωής.

Jon Chase/Harvard (αριστερά); Ευγενική προσφορά του S. Furkan Ozturk

Ο Ozturk και ο Sasselov σύντομα βρήκαν μια ιδέα βασισμένη στο φαινόμενο CISS. Φαντάστηκαν ένα αρχέγονο σκηνικό σαν μια ρηχή λίμνη όπου υπήρχαν επιφάνειες γεμάτες μαγνητικά ορυκτά και το νερό περιείχε ένα μείγμα χειρόμορφων προδρόμου νουκλεοτιδίων. Υπέθεσαν τη θεωρία ότι το υπεριώδες φως θα μπορούσε να έχει εκτοξεύσει πολλά ηλεκτρόνια από τις μαγνητικές επιφάνειες και πολλά από αυτά τα ηλεκτρόνια θα είχαν το ίδιο σπιν. Τα εκτοξευόμενα ηλεκτρόνια μπορεί στη συνέχεια να έχουν αλληλεπιδράσει κατά προτίμηση με συγκεκριμένα εναντιομερή και οι προκύπτουσες χημικές αντιδράσεις μπορεί να έχουν συναρμολογήσει κατά προτίμηση δεξιόστροφους πρόδρομους RNA.

Τον Απρίλιο του 2022, ο Ozturk ταξίδεψε στο εργαστήριο του Naaman στο Ισραήλ, ενθουσιασμένος από την προοπτική να δοκιμάσει την υπόθεσή τους. Ο ενθουσιασμός του ήταν βραχύβιος. Τον επόμενο μήνα, καθώς δούλευε με τον Naaman, η ιδέα κατέρρευσε. "Δεν λειτούργησε", είπε ο Ozturk, και έτσι επέστρεψε στο σπίτι, απογοητευμένος.

Αλλά τότε ο Ozturk είχε άλλη ιδέα. Τι θα γινόταν αν το φαινόμενο CISS δεν εμφανιζόταν ως χημική διαδικασία αλλά ως φυσική;

Η ομάδα του Naaman είχε δείξει ότι μπορούσε να χρησιμοποιήσει μαγνητικές επιφάνειες για να κρυσταλλώσει κατά προτίμηση εναντιομερή. Και η κρυστάλλωση θα ήταν ο ευκολότερος τρόπος για τη συναρμολόγηση καθαρών συλλογών εναντιομερών. Ο Ozturk ανέφερε ότι στον John Sutherland, συνεργάτη τους στο MRC Laboratory of Molecular Biology στο Ηνωμένο Βασίλειο. "Και είπα, αφήστε ό,τι έχει να κάνει με τα ηλεκτρόνια και απλά επικεντρωθείτε στην κρυστάλλωση", είπε ο Sutherland.

Ο Σάδερλαντ ενθουσιάστηκε από την πτυχή της κρυστάλλωσης επειδή αυτός και η ομάδα του είχαν ήδη ανακαλύψει ανεξάρτητα ότι ένας πρόδρομος RNA που ονομάζεται ριβο-αμινοοξαζολίνη (RAO) μπορεί να συνθέσει δύο από τα τέσσερα δομικά στοιχεία του RNA. Το RAO επίσης "κρυσταλλώνεται όμορφα", είπε ο Sutherland. Μόλις σχηματιστεί ένας σπόρος κρυστάλλου από το εναντιομερές που έλκεται στην επιφάνεια, ο κρύσταλλος κατά προτίμηση αναπτύσσεται ενσωματώνοντας περισσότερο από το ίδιο εναντιομερές.

Ο Οζτούρκ θυμάται τον Σάδερλαντ να του είπε ότι θα είχε τελειώσει το παιχνίδι εάν η ιδέα του εφέ CISS λειτουργούσε. «Επειδή ήταν τόσο απλό», είπε ο Ozturk. «Το έκανε σε ένα μόριο που ήταν τόσο κεντρικό στην προέλευση της χημείας της ζωής που αν καταφέρεις να κάνεις αυτό το μόριο ομοχειρικό, μπορείς να κάνεις ολόκληρο το σύστημα ομοχειρικό».

Ο Ozturk έπιασε δουλειά στο εργαστήριο του Χάρβαρντ. Έβαλε επιφάνειες μαγνητίτη σε ένα τρυβλίο Petri και το γέμισε με ένα διάλυμα που περιείχε ίσες ποσότητες αριστερόστροφων και δεξιόχειρων μορίων RAO. Έπειτα έβαλε το πιάτο σε μαγνήτη, έβαλε το πείραμα στο ψυγείο και περίμενε να εμφανιστούν οι πρώτοι κρύσταλλοι. Αρχικά, η ομάδα διαπίστωσε ότι το 60% των κρυστάλλων ήταν μόνοι. Όταν επανέλαβαν τη διαδικασία, οι κρύσταλλοι τους ήταν 100% της ίδιας χειρομορφίας.

Merrill Sherman/Quanta Magazine

Όπως ανέφεραν σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο στο Science Advances , αν μαγνήτιζαν την επιφάνεια με έναν τρόπο, δημιουργούσαν κρυστάλλους που ήταν καθαρά δεξιόχειρες. αν το μαγνήτιζαν από την άλλη, οι κρύσταλλοι ήταν καθαρά αριστερόχειρες. «Έμεινα πολύ έκπληκτος, γιατί είμαι εξοικειωμένος με πειράματα που δεν λειτουργούν», είπε ο Ozturk. Αλλά αυτό "λειτούργησε σαν γούρι".

Πίσω από το γραφείο του, ο Ozturk κρατά το άδειο μπουκάλι σαμπάνιας που μοιράστηκαν ο Sasselov και η ομάδα σε ένα εορταστικό δείπνο.

Πολλαπλασιασμός και ενίσχυση

Ωστόσο, εξακολουθούσαν να αντιμετωπίζουν ένα σημαντικό πρόβλημα:Ο μαγνήτης που χρησιμοποίησαν στο πείραμά τους ήταν περίπου 6.500 φορές ισχυρότερος από το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Έτσι, ο Ozturk επέστρεψε στο Ινστιτούτο Weizmann τον περασμένο Νοέμβριο και αυτός και ο Naaman δούλεψαν στη συνέχεια σε ένα πείραμα παρακολούθησης στο οποίο δεν χρησιμοποίησαν καθόλου εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Αντίθετα, διαπίστωσαν ότι όταν τα χειρόμορφα μόρια προσροφήθηκαν στις μαγνητικές επιφάνειες, δημιούργησαν ένα εξαιρετικά τοπικό μαγνητικό πεδίο πάνω από την επιφάνεια που ήταν έως και 50 φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Τα ευρήματά τους έγιναν δεκτά από περιοδικό με κριτές αλλά δεν έχουν ακόμη δημοσιευτεί.

«Αναγκάζετε τη γειτονιά να μαγνητιστεί, γεγονός που διευκολύνει ακόμη περισσότερο να συνεχίσουν να σχηματίζονται οι κρύσταλλοι», είπε ο Τζόις. Αυτό το αυτοδιαιωνιζόμενο αποτέλεσμα καθιστά το σενάριο εύλογο, πρόσθεσε.

Ο Αθαβάλε συμφωνεί. Το γεγονός ότι δεν χρειάζεστε ένα εξαιρετικά μαγνητικό πεδίο για να συμβεί το φαινόμενο CISS είναι «πολύ ωραίο, γιατί τώρα έχετε δει ένα πιθανό γεωλογικό περιβάλλον», είπε.

Σε μια μαγνητική επιφάνεια, οι κρύσταλλοι ενός προδρόμου RNA που ονομάζεται RAO μπορούν να σχηματιστούν είτε ως αριστερόστροφες είτε ως δεξιόστροφες δομές.

S. Furkan Ozturk

Αλλά το πραγματικό κλειδί για τη δημιουργία ομοχειραλικότητας είναι να δούμε πώς το αποτέλεσμα θα μπορούσε να έχει ενισχυθεί σε ένα δίκτυο αλληλεπιδρώντων μορίων. "Η πιο σημαντική πτυχή όλου αυτού δεν είναι ότι καταφέραμε να βρούμε έναν άλλο τρόπο για να αποκτήσουμε ένα χειρόμορφο προϊόν", είπε ο Sasselov, αλλά ότι η ομάδα του είχε βρει έναν δρόμο για τη δημιουργία ενός ομοχειρικού δικτύου.

Σε μια εργασία που εμφανίζεται στο εξώφυλλο του The Journal of Chemical Physics Τον Αύγουστο, οι Ozturk, Sasselov και Sutherland πρότειναν ένα μοντέλο για το πώς οι χειρόμορφες πληροφορίες θα μπορούσαν να διαδοθούν σε ένα πρεβιοτικό δίκτυο. Ο Σάδερλαντ και η ομάδα του είχαν δείξει προηγουμένως ότι ανάλογα δεξιόχειρων μορίων RNA μεταφοράς - τα οποία δεσμεύουν αμινοξέα και τα φέρνουν στο ριβόσωμα για να παράγουν πρωτεΐνες - συνδέονται με αριστερόχειρα αμινοξέα 10 φορές πιο γρήγορα από ό,τι με τα δεξιόχειρα. Το εύρημα υποδηλώνει ότι το χειραλικό RNA παράγει κατά προτίμηση πρωτεΐνες αντίθετης χειρομορφίας, όπως φαίνεται στη φύση. Όπως έγραψαν οι ερευνητές στην εργασία:«Ως εκ τούτου, το πρόβλημα της βιολογικής ομοχειρικής μπορεί να περιοριστεί στο να διασφαλιστεί ότι ένας κοινός πρόδρομος RNA (π.χ. RAO) μπορεί να γίνει ομοχειρικός».

Η μελέτη δεν εξήγησε άμεσα γιατί τα προτιμώμενα νουκλεοτίδια της ζωής είναι τα δεξιόχειρα και τα αμινοξέα της είναι τα αριστερόχειρα, είπε ο Ozturk. Αλλά αυτά τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι ο καθοριστικός παράγοντας ήταν η μαγνήτιση που προκλήθηκε από το πεδίο της Γης. Ο Athavale σημείωσε ότι ακόμα κι αν η διαδικασία κρυστάλλωσης συνέβαινε σε 100 αρχέγονες λίμνες, το μαγνητικό πεδίο της Γης θα εξασφάλιζε ότι όλες θα παρήγαγαν πρόδρομες ουσίες με την ίδια ευαισθησία αντί για ένα μείγμα.

Ο Τζόις σημείωσε ότι υπάρχει μια «δροσερή μικρή συστροφή» εάν το μαγνητικό πεδίο έδινε μια τέτοια προκατάληψη:Εάν η ζωή ξεκίνησε στο βόρειο ημισφαίριο και ευνοούσε τα μόρια με ένα χέρι, τότε θα είχε δείξει το αντίθετο χέρι αν είχε προκύψει στο νότιο ημισφαίριο.

Η διάδοση της χειραλικότητας μεταξύ των οικογενειών μορίων εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά υποθετική, σημείωσε ο Athavale, αν και είναι καλό να βάζεις τους ανθρώπους σε σκέψεις. Ο Σασέλοφ συμφωνεί. "Η ιδέα αυτής της εργασίας είναι να παρακινήσει τους ανθρώπους να πάνε και να κάνουν αυτά τα πειράματα", είπε.

Ο Wentao Ma, ερευνητής της προέλευσης της ζωής στο Πανεπιστήμιο της Γουχάν στην Κίνα, είπε ότι οι νέες εργασίες σηματοδοτούν «ενδιαφέρουσα πρόοδο». Αλλά θα έπρεπε να δει το φαινόμενο CISS να οδηγεί στον πολυμερισμό του RNA για να το δει ως μια πλήρη απάντηση. "Εάν καταφέρουν να επιτύχουν αυτό το αποτέλεσμα, νομίζω ότι δεν απέχουμε πολύ από τη ... λύση", είπε.

«Μου αρέσει πολύ το φαινόμενο CISS», είπε η Noémie Globus, μια αστροφυσικός που εργάζεται πάνω στο πρόβλημα της ομοχειρικότητας. Αυτό που θα ήταν πιο πειστικό, είπε, θα ήταν για τους ερευνητές να ελέγξουν εάν οι μετεωρίτες που περιέχουν περίσσεια αμινοξέων με ιδιαίτερη βαρύτητα (που έχουν βρεθεί στο παρελθόν) περιέχουν επίσης υπερβολικά μαγνητικά σωματίδια. Σημείωσε επίσης ότι διαφορετικοί θεωρητικοί μηχανισμοί θα μπορούσαν όλοι να δημιουργούσαν ομοχειρικότητα σε διαφορετικά μόρια.

Ο Τζέφρι Μπάντα, ομότιμος καθηγητής στο Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, είναι δύσπιστος για την ιδέα. Δεν πιστεύει ότι το RNA θα μπορούσε να είχε συντεθεί σε αρχέγονες συνθήκες ως το πρώτο μόριο που αναπαράγεται μόνο του. "Κανείς δεν έχει κάνει RNA σε ένα πρεβιοτικό πλαίσιο", είπε, επειδή υπάρχουν πάρα πολλά ζητήματα με τη σταθερότητα του μορίου.

Ο Ozturk και ο Sasselov ερευνούν μια τοποθεσία στην Pilbara της Αυστραλίας, η οποία πιστεύουν ότι μπορεί να μοιάζει με την πρεβιοτική λίμνη στην υπόθεσή τους.

S.Furkan Ozturk

Η ομάδα του Σάδερλαντ εξακολουθεί να εργάζεται για να δείξει ότι οι άλλοι δύο τύποι νουκλεοτιδίων μπορούν να κατασκευαστούν από το μόριο πρόδρομου RNA. «Νομίζω ότι είμαστε πολύ κοντά», είπε ο Σάδερλαντ. "Αλλά η ομάδα μου θα σας πει ότι το λέω αυτό εδώ και 22 χρόνια."

Είτε το φαινόμενο CISS αντιπροσωπεύει τη λύση, μέρος της λύσης ή καμία λύση, υπάρχουν προφανή επόμενα βήματα για τη δοκιμή του. «Έχει όλες τις πτυχές μιας ωραίας υπόθεσης όπου βρίσκεις κάτι δημιουργικό, κάτι που είναι εφικτό και μετά κάτι που μπορεί τελικά να δοκιμαστεί», είπε ο Athavale. Το πιο πειστικό επόμενο βήμα, πιστεύει, θα ήταν να δείξουμε γεωλογικά στοιχεία ότι η διαδικασία θα μπορούσε να είχε συμβεί έξω από το εργαστήριο.

Κατά τη διάρκεια μιας κλήσης Zoom, ο Ozturk σήκωσε έναν επίπεδο μαύρο βράχο που είχε πάρει σε ένα ταξίδι στην Αυστραλία, ένα μέρος γεμάτο με μαγνητικούς σιδερένιους βράχους στον οποίο ελπίζει να επαναλάβει τα πειράματά του. Θέλει επίσης να κάνει τις μελλοντικές δοκιμές της ιδέας πιο δυναμικές:Οι αρχέγονες λίμνες όπου πιστεύει ότι σχηματίστηκαν τα πρώιμα μόρια θα είχαν ρεύματα και ροές υλικού, καθώς και φυσικούς κύκλους «υγρού-ξηρού» που οδηγούνται από βροχές και υψηλές θερμοκρασίες, που θα επέτρεπαν στους κρυστάλλους να σχηματιστούν και να διαλυθούν, να σχηματιστούν και να διαλυθούν.

Αν και το μυστήριο της ομοχειραλικότητας απέχει πολύ από το να διευθετηθεί, ο Ozturk έχει λάβει κάποια ενθουσιώδη ενθάρρυνση από τους μέντοράς του για το έργο του στην εξήγηση του φαινομένου CISS. Τον Απρίλιο, έδωσε μια ομιλία στο Χάρβαρντ για την έρευνα της ομάδας Sasselov και ένα από τα είδωλά του παρευρέθηκε. Ο Μάθιου Μέσελσον, ένας γενετιστής και μοριακός βιολόγος που επιβεβαίωσε πειραματικά τον τρόπο με τον οποίο αναπαράγεται το DNA, καθόταν στην πρώτη σειρά καθώς ο Ozturk έγραφε τα ευρήματά του σε έναν πίνακα κιμωλίας. Ο 93χρονος γενετιστής είπε στον Ozturk αργότερα ότι ήταν τόσο χαρούμενος που είχε ζήσει αρκετά για να δει αυτό το πρόβλημα να λύνεται. Αργότερα έδωσε στον Οζτούρκ ένα υπογεγραμμένο αντίγραφο ενός από τα βιβλία του. «Έχετε ήδη λύσει ένα βαθύ πρόβλημα», έγραψε σε αυτό. "Σου εύχομαι την καλύτερη τύχη."

Σημείωση του συντάκτη:  Ο Sasselov και η ομάδα του, καθώς και ο Joyce και ο Sutherland, έχουν λάβει χρηματοδότηση από το Simons Foundation, το οποίο χρηματοδοτεί επίσης αυτό το ανεξάρτητο εκδοτικά περιοδικό. Οι αποφάσεις χρηματοδότησης του Simons Foundation δεν επηρεάζουν την κάλυψή μας.

Επόμενο άρθρο

Ο Άλαν Τούρινγκ και η δύναμη της αρνητικής σκέψης