Svět polyaromatických uhlovodíků je hypotetickou fází chemické evoluce , kdy polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), které se mohly hojně vyskytovat v primordiální polévce rané Země , vedly k syntéze molekul RNA , které vytvořily předpoklady pro svět RNA a vznik života .
Hlavní myšlenkou PAH je vysvětlit, jak by samotné nukleotidy mohly být v řetězci ve vzdálenosti 0,34 nm pro tvorbu primární RNA, což je náhoda velmi nepravděpodobná událost. Hypotéza naznačuje, že planární kruhové molekuly polycyklických aromatických uhlovodíků mají za následek spontánní skládání do „hromady“ s roztečí 0,34 nm a připojování nukleotidů k sobě na straně své dusíkaté báze vodíkovými vazbami. Poté, v důsledku rotace „hromadných“ prstenců, jsou konce nukleotidů zaháknuty za vytvoření již kovalentních vazeb , a tak spojení do řetězce RNA s jeho typickým krokem 0,34 nm. Hypotéza také vysvětluje vyšší pravděpodobnost spontánního sestavení samotných nukleotidů, protože nejprve lze přidat jejich dusíkaté báze a poté oligomerní páteř [1]
Ačkoli hypotéza PAH vysvětluje vyšší pravděpodobnost sestavení molekul podobných RNA, postrádá experimentální důkazy pro takové sestavení. Nepřímý důkaz pro hypotézu je v kroku 0,34 nm pro RNA, což je stejné jako krok „stack“. Argumentem ve prospěch světa PAH je také vysoká prevalence PAH ve vesmíru a možnost získat zbývající složky pro svět PAH z „ prapolévky “. [1] [2]
Experiment Miller-Urey v roce 1952 demonstroval syntézu organických molekul , jako jsou aminokyseliny , formaldehyd a monosacharidy , z počátečních anorganických prekurzorů, které mohly být přítomny v prvotní polévce.
Studium vlastností RNA ukázalo, že molekuly RNA jsou schopny ukládat, přenášet a množit genetickou informaci a jsou také schopny katalyzovat reakce jako ribozymy . V důsledku toho byla v letech 1968-1986 vytvořena hypotéza světa RNA , ve které molekuly RNA předcházely modernímu životu DNA - RNA - proteinu , izolovaného z vnějšího prostředí membránou .
V tomto obrazu chemické evoluce však chybí několik kroků, například jak vznikly první molekuly RNA. Světová hypotéza PAH byla navržena Simonem Nicholasem Plattsem v květnu 2004 ve snaze vyplnit chybějící krok [3] . Plněji rozvinutou myšlenku publikovali v roce 2006 Ehrenfreund et al [4] .
Polyaromatické uhlovodíky jsou široce distribuovány ve viditelném vesmíru a byly pravděpodobně přítomny v prvotní polévce rané Země [5] . PAH spolu s fullereny (nebo buckyballs) byly nalezeny v kosmických mlhovinách [2] . Podle astronomky Letizie Stanghelliniové je možné, že buckybally z vesmíru byly semeny života na Zemi [6] .
PAHs jsou obecně špatně rozpustné v mořské vodě , ale ionizujícím vystavením slunečnímu ultrafialovému světlu mohou být vnější atomy vodíku odštěpeny a nahrazeny hydroxylovou skupinou , díky čemuž jsou PAH rozpustnější ve vodě.
Tyto modifikované PAH jsou amfifilní , což znamená, že mají jak hydrofilní , tak hydrofobní části. Výsledkem je, že se samy sestaví do lipidových stohů otočením hydrofobních částí k sobě.
Světová hypotéza PAH vedla astronomy k výzkumu hojnosti PAH ve vesmíru. V roce 2014 NASA zveřejnila databázi výzkumů, ze kterých vyplývá, že asi 20 % uhlíku v mlhovinách vesmíru je ve formě PAH. [7] PAHs mohly být přivezeny z vesmíru na Zemi během bombardování meteoritem na počátku jeho tvorby na jejím povrchu. Argumentem ve prospěch této hypotézy je objev stop PAH na meteoritu ALH 84001 . [8] Podle studie NASA jsou molekuly PAH také běžným materiálem komet. [1] Archivováno 26. února 2019 na Wayback Machine . V roce 2018 vědci objevili proces syntézy PAH v atmosféře Titanu. [2] Archivní kopie ze dne 26. února 2019 na Wayback Machine Tato data posilují pozice hypotézy PAH World ve srovnání s alternativními hypotézami o světech předcházejících RNA World , protože přítomnost velkého množství hlavního zdrojového materiálu v přírodě byla prokázána pro světovou hypotézu PAH.
V samoorganizujících se svazcích PAH je vzdálenost mezi sousedními prstenci 0,34 nm. Ve stejné vzdálenosti jsou sousedící dusíkaté báze v molekulách RNA a DNA. Menší molekuly se přirozeně navážou na kruhy PAH. Kruhy PAH však mají tendenci rotovat vůči sobě navzájem, což bude mít za následek srážky připojených molekulárních sloučenin se sousedními kruhy. To vše způsobuje specifickou vazbu na ploché molekuly, jako jsou pyrimidinové a purinové dusíkaté báze – klíčové složky (a nosiče informací) RNA a DNA. Tyto základny jsou také amfifilní a seřazené v podobných hromadách.
Předpokládá se, že po přidání dusíkatých bází k PAH kruhům prostřednictvím vodíkových vazeb mezera mezi bázemi určuje výběr vazebné molekuly určité velikosti, jako je malý formaldehydový oligomer (přítomný také v primordiálním bujónu), který se váže na dusíkaté báze již kovalentními vazbami [1] [3] .
Následné krátkodobé zvýšení kyselosti prostředí , například ze sopečných erupcí, které uvolnily kyselé plyny ( oxid siřičitý , oxid uhličitý ), mohlo způsobit, že se dusíkaté báze oddělily od páteře PAH a vytvořily se molekuly podobné RNA (místo toho s formaldehydovou kostrou). cukr-fosfátového hlavního řetězce používaného moderní RNA, ale se stejným stoupáním 0,34 nm) [1] .
Při rozvíjení hypotézy lze předpokládat, že řetězce podobné RNA se po oddělení od svazků PAH začaly na sebe skládat komplementární vazbou mezi dusíkatými bázemi pomocí vodíkových vazeb, čímž se vytvořily stabilní a částečně dvouvláknové struktury podobné RNA podobné ribozymům . Oligomery formaldehydového hlavního řetězce byly nakonec nahrazeny stabilnějšími molekulami cukerného fosfátu . To vše vytvořilo předpoklady pro rozmanitý svět RNA , ve kterém se již molekuly RNA vyvinuly [1] [3] [9] .
| Původ života | |
|---|---|
| Koncepty | |
| Hypotézy |
|
| Studie | |