Hipoteza świata PAH - PAH world hypothesis

PAH świat hipoteza jest spekulacyjny hipoteza , że proponuje, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), znany jako bogaty w uniwersum , w tym w komet, a zakłada się obficie w pierwotnej zupy wczesnej Ziemi , odgrywa ważną rolę w pochodzenie życia poprzez pośredniczenie w syntezie cząsteczek RNA , prowadzące do świata RNA . Jednak jak dotąd hipoteza nie została przetestowana.

Montaż stosu PAH

tło

Eksperyment Miller Urey wykazały, że związki organiczne mogą być łatwo wytwarzane w przewidywanych warunkach, na początku Ziemi

Eksperyment Miller Urey 1952 i innych, ponieważ wykazano syntezę związków organicznych , takich jak kwasy aminowe , formaldehydu i cukrów , z pierwotnych nieorganicznych prekursorów badacze Zakłada się, że obecny jest w pierwotnej zupy (ale nie jest już uznawany prawdopodobne). Ten eksperyment zainspirował wiele innych. W 1961 roku Joan Oró odkrył, że adeninę jako bazę nukleotydową można wytworzyć z cyjanowodoru (HCN) i amoniaku w roztworze wodnym. Przeprowadzone później eksperymenty wykazały, że inne nukleozasady RNA i DNA można uzyskać za pomocą symulowanej chemii prebiotycznej w atmosferze redukującej .

W RNA World hipoteza pokazuje jak RNA może stać własny katalizator (a rybozymu ). W międzyczasie brakuje kilku etapów, takich jak tworzenie pierwszych cząsteczek RNA . Hipoteza światowa PAH została zaproponowana przez Simona Nicholasa Plattsa w maju 2004 roku, aby spróbować uzupełnić ten brakujący krok. Dokładniej opracowany pomysł został opublikowany przez Ehrenfreunda i in.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

The Cat Paw Nebula leży wewnątrz Drogi Mlecznej i znajduje się w gwiazdozbiorze Skorpiona .
Zielone obszary pokazują regiony, w których promieniowanie gorących gwiazd zderzało się z dużymi cząsteczkami i małymi ziarnami pyłu zwanymi „ wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi ” (WWA), powodując ich fluorescencję .
( teleskop kosmiczny Spitzera , 2018)

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są najpowszechniejszymi i najliczniejszymi ze znanych wieloatomowych cząsteczek w widzialnym wszechświecie i są uważane za prawdopodobny składnik pierwotnego morza . W mgławicach wykryto niedawno WWA wraz z fulerenami (lub „ piłeczkami buckyballa ”). W kwietniu 2019 roku naukowcy współpracujący z Kosmicznym Teleskopem Hubble'a poinformowali o potwierdzonym wykryciu dużych i złożonych zjonizowanych cząsteczek buckminsterfullerenu (C ₆₀ ) w średnich przestrzeniach międzygwiazdowych między gwiazdami . ( Fulereny są również zaangażowane w pochodzenie życia; według astronom Letizia Stanghellini: „Jest możliwe, że buckyballs z kosmosu dostarczyły nasion do życia na Ziemi”.) We wrześniu 2012 roku naukowcy NASA poinformowali, że WWA poddane działaniu ośrodka międzygwiazdowego (ISM) ) przekształcają się, poprzez uwodornienie , utlenianie i hydroksylację , w bardziej złożone związki organiczne — „krok na drodze do aminokwasów i nukleotydów , surowców odpowiednio białek i DNA ”. WWA tracą swoją sygnaturę spektroskopową, co może być jedną z przyczyn „braku wykrywania WWA w międzygwiazdowych ziarnach lodu , szczególnie w zewnętrznych obszarach zimnych, gęstych obłoków lub w górnych warstwach molekularnych dysków protoplanetarnych ”.

W dniu 6 czerwca 2013 roku, naukowcy z IAA-CSIC zgłosił wykrycie wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w górnych warstwach atmosfery z Tytana , największego księżyca z planety Saturn .

W październiku 2018 r. naukowcy zgłosili niskotemperaturowe szlaki chemiczne od prostych związków organicznych do złożonych WWA. Takie szlaki chemiczne mogą pomóc w wyjaśnieniu obecności WWA w niskotemperaturowej atmosferze księżyca Saturna , Tytana , i mogą być ważnymi szlakami, z punktu widzenia hipotezy świata WWA, w produkcji prekursorów biochemikaliów związanych z życiem, jakie znamy.

Ponadto WWA zwykle nie są dobrze rozpuszczalne w wodzie morskiej, ale pod wpływem promieniowania jonizującego, takiego jak słoneczne światło UV , zewnętrzne atomy wodoru mogą zostać oderwane i zastąpione grupą hydroksylową , dzięki czemu WWA są znacznie bardziej rozpuszczalne w wodzie.

Te zmodyfikowane WWA są amfifilowe , co oznacza, że ​​mają części hydrofilowe i hydrofobowe . W roztworze gromadzą się w dyskotyczne mezogeniczne ( ciekłokrystaliczne ) stosy, które podobnie jak lipidy mają tendencję do organizowania się z zabezpieczonymi hydrofobowymi częściami.

21 lutego 2014 r. NASA ogłosiła znacznie ulepszoną bazę danych do śledzenia wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) we wszechświecie . Więcej niż 20% węgla w świata mogą być związane z PAH, możliwych materiałów wyjściowych do formowania z życia . Wydaje się, że PAH powstały już kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu , występują obficie we wszechświecie i są powiązane z nowymi gwiazdami i egzoplanetami .

Przyłączenie zasad nukleinowych do rusztowania PAH

W samoporządkującym stosie PAH separacja pomiędzy sąsiednimi pierścieniami wynosi 0,34 nm. To samo stwierdzono rozdzielenie pomiędzy sąsiadującymi nukleotydami z RNA i DNA . Mniejsze cząsteczki w naturalny sposób przyłączą się do pierścieni PAH. Jednak pierścienie PAH podczas formowania mają tendencję do obracania się wokół siebie, co będzie miało tendencję do odrywania połączonych związków, które zderzałyby się z tymi dołączonymi do tych powyżej i poniżej. Dlatego zachęca do preferencyjnego przyłączania płaskich cząsteczek, takich jak nukleozasady pirymidyny i puryn , kluczowych składników (i nośników informacji) RNA i DNA. Te podstawy są podobnie amfifilowe, a więc również mają tendencję do układania się w podobnych stosach.

Dołączenie szkieletu oligomerycznego

Zgodnie z hipotezą, gdy nukleozasady zostaną przyłączone (poprzez wiązania wodorowe ) do rusztowania PAH, odległość między zasadami będzie wybierała cząsteczki „łącznika” o określonej wielkości, takie jak małe oligomery formaldehydu ( metanalu ) , również pobrane z prebiotyczna „zupa”, która wiąże się (poprzez wiązania kowalencyjne ) z zasadami nukleinowymi, jak również ze sobą, aby dodać elastyczny szkielet strukturalny.

Oderwanie się nici podobnych do RNA

Późniejszy przejściowy spadek pH otoczenia (wzrost kwasowości), na przykład w wyniku wulkanicznego wyładowania kwaśnych gazów, takich jak dwutlenek siarki lub dwutlenek węgla , umożliwiłby oderwanie się zasad od rusztowania z WWA, tworząc podobne do RNA cząsteczki (ze szkieletem formaldehydowym zamiast szkieletu rybozowo-fosforanowego używanego przez „nowoczesny” RNA, ale o tym samym skoku 0,34 nm).

Tworzenie struktur podobnych do rybozymu

Hipoteza dalej spekuluje, że gdy długie pojedyncze nici podobne do RNA zostaną oddzielone od stosów PAH i po tym, jak poziom pH otoczenia stanie się mniej kwaśny, będą miały tendencję do składania się z powrotem na siebie, a komplementarne sekwencje zasad nukleinowych preferencyjnie wyszukują się nawzajem i tworzą wodór wiązania , tworząc stabilne, przynajmniej częściowo dwuniciowe struktury podobne do RNA, podobne do rybozymów . Oligomery formaldehydu zostałyby ostatecznie zastąpione bardziej stabilnymi cząsteczkami rybozy-fosforanu dla materiału szkieletowego, co dawało początek kamieniem milowym dla hipotezy świata RNA , która od tego momentu spekuluje na temat dalszego rozwoju ewolucyjnego.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Składniki życia znalezione we wczesnym wszechświecie New Scientist Magazine 14:49 29 lipca 2005 r.
• Homochiralność aminokwasów kierowana przez RNA