Гипотеза мира ПАУ - PAH world hypothesis

В Гипотеза мира ПАУ спекулятивный гипотеза что предлагает полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которых, как известно, много в вселенная,[1][2][3] в том числе и в кометах,[4] и предполагается, что их много в исконный суп раннего земной шар, сыграл важную роль в происхождение жизни путем посредничества синтеза РНК молекулы, ведущие в Мир РНК. Однако пока эта гипотеза не проверена.[5]

Сборка стека ПАУ

Фон

В Эксперимент Миллера – Юри показали, что органические соединения могут быть легко получены в предполагаемых условиях раннего земной шар

В Эксперимент Миллера – Юри в 1952 г. и с тех пор продемонстрировали синтез органические соединения, Такие как аминокислоты, формальдегид и сахара, из оригинала неорганический прекурсоры, предположительно присутствовавшие в исконный суп (но больше не считается вероятным). Этот эксперимент вдохновил многих других. В 1961 г. Хоан Оро обнаружил, что нуклеотид основание аденин может быть сделан из цианистый водород (HCN) и аммиак в водном растворе.[6] Проведенные позже эксперименты показали, что другой Азотистые основания РНК и ДНК может быть получен с помощью моделирования химии пребиотиков с восстановительная атмосфера.[7]

В Гипотеза мира РНК показывает, как РНК может стать собственной катализатор (а рибозим ). Между ними есть несколько недостающих шагов, например, как первый РНК могли образоваться молекулы. Гипотеза мира ПАУ была предложена Саймоном Николасом Платтсом в мае 2004 года, чтобы попытаться восполнить этот недостающий шаг.[8] Более детально проработанная идея опубликована Ehrenfreund и другие.[9]

Полициклические ароматические углеводороды

Основная статья: Полициклический ароматический углеводород
В Туманность Кошачья лапа лежит внутри Млечный путь и находится в созвездие Скорпион.
Зеленые области показывают области, где излучение горячих звезд сталкивается с большими молекулами и мелкими пылинками, называемыми "полициклические ароматические углеводороды "(ПАУ), заставляя их флуоресценция.
(Космический телескоп Спитцера, 2018)

Полициклические ароматические углеводороды являются наиболее распространенными и многочисленными из известных многоатомных молекул в видимом диапазоне. вселенная, и считаются вероятной составляющей первозданное море.[1][2][3] ПАУ вместе с фуллерены (или же "Buckyballs "), были недавно обнаружены в туманностях.[10] В апреле 2019 года ученые, работающие с Космический телескоп Хаббла, сообщили о подтвержденном обнаружении больших и сложных ионизированных молекул бакминстерфуллерен (C60) в межзвездные средние пространства между звезды.[11][12] (Фуллерены также причастны к происхождению жизни; по словам астронома Летиции Стангеллини, «вполне возможно, что бакиболлы из космоса дали семена жизни на Земле».[13]) В сентябре 2012 г. Ученые НАСА сообщили, что ПАУ, подвергнутые межзвездная среда (ISM) условия преобразуются через гидрирование, оксигенация и гидроксилирование, к более сложным органика - "шаг по пути навстречу аминокислоты и нуклеотиды, сырье белки и ДНК, соответственно".[14][15] Далее, в результате этих превращений ПАУ теряют свою спектроскопическая подпись что могло быть одной из причин «отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездный лед зерна, особенно внешние области холодных плотных облаков или верхние молекулярные слои протопланетные диски."[14][15]

6 июня 2013 г. ученые IAA-CSIC сообщил об обнаружении полициклические ароматические углеводороды в верхняя атмосфера из Титан, самый большой Луна из планета Сатурн.[16]

В октябре 2018 года исследователи сообщили о низкотемпературных химических путях от простых органические соединения комплексным ПАУ. Такие химические пути могут помочь объяснить присутствие ПАУ в низкотемпературной атмосфере Сатурнс Луна Титан, и могут быть важными путями, с точки зрения мировой гипотезы ПАУ, в производстве прекурсоров биохимических веществ, связанных с жизнью, какой мы ее знаем.[17][18]

Кроме того, ПАУ обычно плохо растворяются в морской воде, но при воздействии ионизирующего излучения, например, солнечного. УФ свет, внешний водород атомы могут быть удалены и заменены гидроксил группа, делая ПАУ гораздо более растворимыми в воде.

Эти модифицированные ПАУ амфифильный, что означает, что у них есть части, которые гидрофильный и гидрофобный. В растворе они собираются в дискотичный мезогенный (жидкокристаллический ) стеки, которые, как и липиды, имеют тенденцию организовываться с защищенными гидрофобными частями.

21 февраля 2014 г. НАСА объявил о значительно обновленная база данных[19] для отслеживания полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в вселенная. Более 20% углерод во Вселенной могут быть связаны с ПАУ,[19][20] возможный исходные материалы для формирование из жизнь. Кажется, что ПАУ образовались уже через пару миллиардов лет после Большой взрыв, в изобилии во Вселенной,[1][2][3] и связаны с новые звезды и экзопланеты.[19]

Присоединение азотистых оснований к каркасу ПАУ

В самоупорядочивающейся стопке ПАУ расстояние между соседними кольцами составляет 0,34 нм. Это такое же разделение, что и между соседними нуклеотиды из РНК и ДНК. Более мелкие молекулы естественным образом присоединяются к кольцам ПАУ. Однако кольца ПАУ, формируясь, имеют тенденцию поворачиваться друг относительно друга, что будет иметь тенденцию вытеснять присоединенные соединения, которые будут сталкиваться с теми, которые присоединены к тем, которые находятся выше и ниже. Следовательно, он способствует предпочтительному прикреплению плоских молекул, таких как пиримидин и пурин азотистые основания, ключевые составляющие (и носители информации) РНК и ДНК. Эти базы также являются амфифильными и поэтому также имеют тенденцию выстраиваться в одинаковые стопки.

Присоединение олигомерного остова

Согласно гипотезе, после присоединения азотистых оснований (через водородные связи ) к каркасу ПАУ, межосновное расстояние будет выбрано для «линкерных» молекул определенного размера, например, небольших формальдегид (метанал ) олигомеры, также взятый из пребиотического «супа», который связывает (через ковалентные связи ) к азотистым основаниям, а также друг к другу, чтобы добавить гибкую структурную основу.[5][8]

Отрыв РНК-подобных цепей

Последующее кратковременное падение окружающего pH (повышение кислотности), например, в результате вулканический сброс кислых газов, таких как диоксид серы или же углекислый газ, позволили бы основаниям отрываться от их каркаса из ПАУ, образуя РНК-подобные молекулы (с формальдегидным скелетом вместо рибозо-фосфатного скелета, используемого «современной» РНК, но с тем же шагом 0,34 нм).[5]

Формирование рибозимоподобных структур

Гипотеза также предполагает, что после отделения длинных РНК-подобных одиночных цепей от стопок ПАУ и после того, как уровень pH окружающей среды станет менее кислым, они будут иметь тенденцию сворачиваться на себя, комплементарные последовательности азотистых оснований преимущественно ищут друг друга и образуют водородные связи, создавая стабильные, по крайней мере, частично двухцепочечные РНК-подобные структуры, подобные рибозимы. Формальдегидные олигомеры в конечном итоге будут заменены более стабильными молекулами рибозо-фосфата для материала основной цепи, что станет стартовой вехой для Гипотеза мира РНК, который размышляет о дальнейшем эволюционном развитии с этого момента.[5][8][21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Кэри, Бьорн (18 октября 2005 г.). "Строительные блоки жизни изобилуют в космосе"'". Space.com. Получено 3 марта, 2014.
  2. ^ а б c Hudgins, Douglas M .; Bauschlicher, Jr, Charles W .; Алламандола, Л. Дж. (10 октября 2005 г.). "Вариации положения пика межзвездной эмиссии 6,2 мкм: индикатор N в межзвездной популяции полициклических ароматических углеводородов". Астрофизический журнал. 632 (1): 316–332. Bibcode:2005ApJ ... 632..316H. CiteSeerX  10.1.1.218.8786. Дои:10.1086/432495.
  3. ^ а б c Allamandola, Louis et al. (13 апреля 2011 г.). «Космическое распространение химической сложности». НАСА. Архивировано из оригинал 27 февраля 2014 г.. Получено 3 марта, 2014.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  4. ^ Клавин, Уитни (10 февраля 2015 г.). "Почему кометы похожи на жареное мороженое". НАСА. Получено 10 февраля, 2015.
  5. ^ а б c d Платтс, Саймон Николас, «Мир ПАУ - Дискотические полиядерные ароматические соединения как мезофазный каркас у истоков жизни»
  6. ^ Оро Дж., Кимбалл А. П. (август 1961 г.). «Синтез пуринов в возможных примитивных земных условиях. I. Аденин из цианистого водорода». Архивы биохимии и биофизики. 94 (2): 217–27. Дои:10.1016/0003-9861(61)90033-9. PMID  13731263.
  7. ^ Оро Дж (1967). Fox SW (ред.). Происхождение пребиологических систем и их молекулярных матриц. New York Academic Press. п. 137.
  8. ^ а б c «Молекулярный отбор и организация пребиотиков» В архиве 2009-05-24 на Wayback Machine, Сайт астробиологии НАСА
  9. ^ Ehrenfreund, P; Расмуссен, S; Раскалывание, Дж; Чен, Л. (2006). «Экспериментально прослеживая ключевые этапы происхождения жизни: ароматический мир». Астробиология. 6 (3): 490–520. Bibcode:2006AsBio ... 6..490E. Дои:10.1089 / ast.2006.6.490. PMID  16805704.
  10. ^ Гарсиа-Эрнандес, Д. А .; Manchado, A .; García-Lario, P .; Stanghellini, L .; Villaver, E .; Shaw, R.A .; Szczerba, R .; Переа-Кальдерон, Дж. В. (28 октября 2010 г.). «Образование фуллеренов в H-содержащих планетарных туманностях». Письма в астрофизический журнал. 724 (1): L39 – L43. arXiv:1009.4357. Bibcode:2010ApJ ... 724L..39G. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 724/1 / L39. S2CID  119121764.
  11. ^ Старр, Мишель (29 апреля 2019 г.). «Космический телескоп Хаббла только что обнаружил убедительные доказательства существования межзвездных баккиболов». ScienceAlert.com. Получено 29 апреля 2019.
  12. ^ Кординер, M.A .; и другие. (22 апреля 2019 г.). "Подтверждение межзвездного C60 + с помощью космического телескопа Хаббла". Письма в астрофизический журнал. 875 (2): L28. arXiv:1904.08821. Bibcode:2019ApJ ... 875L..28C. Дои:10.3847 / 2041-8213 / ab14e5. S2CID  121292704.
  13. ^ Аткинсон, Нэнси (27 октября 2010 г.). «Бакиболлы могут быть во Вселенной в изобилии». Вселенная сегодня. Получено 28 октября, 2010.
  14. ^ а б Персонал (20 сентября 2012 г.). «НАСА готовит ледяную органику, чтобы имитировать происхождение жизни». Space.com. Получено 22 сентября, 2012.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  15. ^ а б Gudipati, Murthy S .; Ян, Руи (1 сентября 2012 г.). "Зондирование на месте радиационно-индуцированной обработки органических веществ в астрофизических аналогах льда - новые методы лазерной десорбции, лазерной ионизации, времяпролетные масс-спектроскопические исследования". Письма в астрофизический журнал. 756 (1): L24. Bibcode:2012ApJ ... 756L..24G. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 756/1 / L24.
  16. ^ Лопес-Пуэртас, Мануэль (6 июня 2013 г.). "ПАУ в верхних слоях атмосферы Титана". CSIC. Получено 6 июня, 2013.
  17. ^ Персонал (11 октября 2018 г.). ""Пребиотическая Земля "- Недостающее звено найдено на Титане Луны Сатурна". DailyGalaxy.com. Получено 11 октября 2018.
  18. ^ Чжао, Лонг; и другие. (8 октября 2018 г.). «Низкотемпературное образование полициклических ароматических углеводородов в атмосфере Титана».. Природа Астрономия. 2 (12): 973–979. Bibcode:2018НатАс ... 2..973Z. Дои:10.1038 / с41550-018-0585-у. S2CID  105480354.
  19. ^ а б c Гувер, Рэйчел (21 февраля 2014 г.). «Нужно отслеживать органические наночастицы по всей Вселенной? У НАСА есть для этого приложение». НАСА. Получено 22 февраля, 2014.
  20. ^ Гувер, Рэйчел (24 февраля 2014 г.). «Онлайн-база данных отслеживает наличие органических наночастиц по всей Вселенной». Sci Tech Daily. Получено 10 марта, 2015.
  21. ^ Линкольн, Трейси А .; Джойс, Джеральд Ф. (8 января 2009 г.). «Самоподдерживающаяся репликация фермента РНК». Наука. Нью-Йорк: Американская ассоциация развития науки. 323 (5918): 1229–32. Bibcode:2009Sci ... 323.1229L. Дои:10.1126 / science.1167856. ЧВК  2652413. PMID  19131595. Сложить резюме – Медицинские новости сегодня (12 января 2009 г.).

внешняя ссылка