Ilmuwan menemukan senyawa organik baru yang bisa membantu membentuk sel pertama


Newswise – Ahli kimia yang mempelajari bagaimana kehidupan dimulai sering berfokus pada bagaimana biopolimer modern seperti peptida dan asam nukleat berkontribusi, tetapi biopolimer modern tidak terbentuk dengan mudah tanpa bantuan dari organisme hidup. Solusi yang mungkin untuk paradoks ini adalah bahwa kehidupan mulai menggunakan komponen yang berbeda, dan banyak bahan kimia non-biologis kemungkinan besar melimpah di lingkungan. Sebuah survei baru yang dilakukan oleh tim ahli kimia internasional dari Earth-Life Science Institute (ELSI) di Tokyo Institute of Technology dan institut lain dari Malaysia, Republik Ceko, AS dan India, telah menemukan bahwa beragam senyawa seperti itu dengan mudah membentuk polimer dalam kondisi lingkungan primitif, dan beberapa bahkan secara spontan membentuk struktur mirip sel.

Memahami bagaimana kehidupan dimulai di Bumi adalah salah satu pertanyaan paling menantang yang coba dijelaskan oleh sains modern. Para ilmuwan saat ini mempelajari organisme modern dan mencoba untuk melihat aspek apa dari biokimia mereka yang universal, dan dengan demikian mungkin terdapat pada organisme tempat mereka diturunkan. Tebakan terbaik adalah bahwa kehidupan telah berkembang pesat di Bumi selama setidaknya 3,5 miliar dari 4,5 miliar tahun sejarah Bumi sejak planet ini terbentuk, dan sebagian besar ilmuwan akan mengatakan bahwa kehidupan kemungkinan besar dimulai sebelum ada bukti yang baik untuk keberadaannya. Masalahnya, karena permukaan bumi dinamis, jejak kehidupan paling awal di Bumi belum terawetkan dalam catatan geologi. Namun, bukti paling awal tentang kehidupan di Bumi tidak banyak memberi tahu kita tentang apa organisme paling awal dibuat, atau apa yang terjadi di dalam sel mereka. “Jelas ada banyak hal yang harus dipelajari dari kimia prebiotik tentang bagaimana kehidupan bisa muncul,” kata penulis bersama studi tersebut Jim Cleaves.

Ciri kehidupan adalah evolusi, dan mekanisme evolusi menunjukkan bahwa sifat umum tiba-tiba dapat digantikan oleh mutasi langka dan baru yang memungkinkan organisme mutan bertahan lebih baik dan berkembang biak, sering kali menggantikan organisme yang sebelumnya umum dengan sangat cepat. Bukti paleontologi, ekologi dan laboratorium menunjukkan bahwa hal ini terjadi secara umum dan cepat. Salah satu contohnya adalah organisme invasif seperti dandelion, yang diperkenalkan ke Amerika dari Eropa dan sekarang menjadi gulma umum yang menyebabkan pemilik rumah yang peduli rumput menghabiskan waktu berjam-jam untuk membasmi. Contoh lain yang kurang aneh adalah COVID-19, virus (secara teknis tidak hidup, tetapi secara teknis merupakan organisme) yang mungkin terbatas pada populasi kecil kelelawar selama bertahun-tahun, tetapi tiba-tiba menyebar di antara manusia di seluruh dunia. Organisme yang bereproduksi lebih cepat dari pesaing mereka, bahkan hanya sedikit lebih cepat, dengan cepat mengirim pesaing mereka ke apa yang oleh Leon Trotsky disebut sebagai “tumpukan abu sejarah.” Karena kebanyakan organisme yang pernah ada sudah punah, penulis bersama Tony Z. Jia menyarankan bahwa “untuk memahami bagaimana biologi modern muncul, penting untuk mempelajari kimia atau struktur non-biologis yang masuk akal yang saat ini tidak ada dalam biologi modern yang berpotensi punah sebagai hidup menjadi rumit. “

Gagasan tentang penggantian evolusioner ini didorong secara ekstrem ketika para ilmuwan mencoba memahami asal usul kehidupan. Semua organisme modern memiliki beberapa kesamaan inti: semua kehidupan adalah seluler, kehidupan menggunakan DNA sebagai molekul penyimpanan informasi, dan menggunakan DNA untuk membuat RNA ribonukleat sebagai cara perantara untuk membuat protein. Protein melakukan sebagian besar katalisis dalam biokimia modern, dan protein dibuat menggunakan “kode” yang hampir universal untuk membuatnya dari RNA. Bagaimana kode ini muncul dengan sendirinya merupakan teka-teki, tetapi pertanyaan-pertanyaan mendalam ini menunjukkan bahwa kemungkinan mereka telah menjadi periode yang sangat suram dalam evolusi biologis awal ~ 4 miliar tahun yang lalu di mana hampir tidak ada fitur molekuler yang diamati dalam biokimia modern, dan sedikit jika ada yang hadir telah dibawa maju.

Protein adalah polimer linier dari asam amino. Untaian floppy asam amino terpolimerisasi ini terlipat menjadi bentuk tiga dimensi yang unik, membentuk katalis yang sangat efisien yang mendorong reaksi kimia yang tepat. Pada prinsipnya, banyak jenis molekul terpolimerisasi dapat membentuk string serupa dan melipat untuk membentuk bentuk katalitik yang serupa, dan ahli kimia sintetik telah menemukan banyak contoh. “Inti dari studi semacam ini adalah menemukan polimer fungsional dalam sistem prebiotik yang masuk akal tanpa bantuan biologi, termasuk mahasiswa pascasarjana,” kata rekan penulis Irena Mamajanov.

Para ilmuwan telah menemukan banyak cara untuk membuat senyawa organik biologis tanpa campur tangan biologi, dan mekanisme ini membantu menjelaskan keberadaan senyawa ini dalam sampel seperti meteorit berkarbon, yang merupakan peninggalan tata surya awal, dan yang menurut para ilmuwan tidak pernah menjadi tempat bagi kehidupan. . Sampel meteorit primordial ini juga mengandung banyak jenis molekul lain yang dapat membentuk polimer terlipat kompleks seperti protein, yang dapat membantu mengarahkan kimia primitif. Protein, berdasarkan lipatan dan katalisisnya memediasi banyak evolusi biokimia kompleks yang diamati dalam sistem kehidupan. Tim ELSI beralasan bahwa polimer alternatif dapat membantu hal ini terjadi sebelum pengkodean antara DNA dan protein berevolusi. “Mungkin kita tidak dapat merekayasa balik asal usul kehidupan; mungkin lebih produktif untuk mencoba dan membangunnya dari awal, dan tidak harus menggunakan biomolekul modern. Ada banyak cadangan bahan kimia non-biologis yang ada di Bumi purba. Bagaimana mereka membantu dalam pembentukan kehidupan-seperti-yang-kita-ketahui-itulah yang kami minati, “kata rekan penulis Kuhan Chandru.

Tim ELSI melakukan sesuatu yang sederhana namun mendalam: mereka mengambil sekumpulan besar molekul organik kecil dengan struktur beragam yang secara masuk akal dapat dibuat melalui proses prebiotik dan mencoba untuk melihat apakah mereka dapat membentuk polimer ketika diuapkan dari larutan encer. Yang mengejutkan, mereka menemukan banyak senyawa primitif bisa, meskipun mereka juga menemukan beberapa di antaranya membusuk dengan cepat. Kriteria sederhana ini, apakah suatu senyawa dapat dikeringkan tanpa membusuk, mungkin merupakan salah satu tekanan seleksi evolusioner paling awal untuk molekul primordial.

Tim tersebut melakukan satu tes sederhana lebih lanjut. Mereka mengambil reaksi kering ini, menambahkan air dan melihatnya di bawah mikroskop. Yang mengejutkan mereka, beberapa produk dari reaksi ini membentuk kompartemen seukuran sel. Bahan awal sederhana yang mengandung 10 hingga 20 atom dapat diubah menjadi agregat seperti sel yang terorganisir sendiri yang mengandung jutaan atom memberikan wawasan yang mengejutkan tentang bagaimana kimia sederhana dapat menyebabkan kimia kompleks yang berbatasan dengan jenis kompleksitas yang terkait dengan sistem kehidupan, sementara tidak menggunakan biokimia modern.

“Kami tidak menguji setiap senyawa yang mungkin, tetapi kami menguji banyak senyawa yang mungkin. Keragaman perilaku kimia yang kami temukan sangat mengejutkan, dan menyarankan jenis molekul kecil hingga perilaku agregat-fungsional ini adalah ciri umum kimia organik, yang mungkin membuat asal usul kehidupan menjadi fenomena yang lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya, “simpul penulis bersama Niraja Bapat.

###

Institut Teknologi Tokyo (Tokyo Tech) berdiri di garis depan penelitian dan pendidikan tinggi sebagai universitas terkemuka untuk sains dan teknologi di Jepang. Peneliti Tokyo Tech unggul dalam berbagai bidang mulai dari ilmu material hingga biologi, ilmu komputer, dan fisika. Didirikan pada tahun 1881, Tokyo Tech menampung lebih dari 10.000 mahasiswa sarjana dan pascasarjana per tahun, yang berkembang menjadi pemimpin ilmiah dan beberapa insinyur yang paling dicari di industri. Mewujudkan filosofi Jepang “monotsukuri,” yang berarti “kecerdikan teknis dan inovasi,” komunitas Tokyo Tech berusaha untuk memberikan kontribusi kepada masyarakat melalui penelitian berdampak tinggi.

The Earth-Life Science Institute (ELSI) adalah salah satu pusat penelitian Internasional Perdana Dunia yang ambisius di Jepang, yang bertujuan untuk mencapai kemajuan dalam bidang ilmiah antar-disiplin yang luas dengan menginspirasi para pemikir terbesar dunia untuk datang ke Jepang dan berkolaborasi dalam masalah ilmiah yang paling menantang. Tujuan utama ELSI adalah untuk membahas asal-usul dan ko-evolusi Bumi dan kehidupan.

The World Premier International Research Center Initiative (WPI) diluncurkan pada tahun 2007 oleh Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi (MEXT) untuk membantu membangun pusat penelitian yang terlihat secara global di Jepang. Lembaga ini mempromosikan standar penelitian yang tinggi dan lingkungan penelitian yang luar biasa yang menarik peneliti garis depan dari seluruh dunia. Pusat-pusat ini sangat otonom, memungkinkan mereka untuk merevolusi mode operasi dan administrasi penelitian konvensional di Jepang.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author