Sel pertama tidak membutuhkan cahaya atau udara – peneliti merekonstruksi metabolisme dan sumber energi sel asli

Kembali ke sup primordial: para ilmuwan merekonstruksi reaksi metabolisme yang sudah ada di sel pertama dan dari mana mereka mendapatkan energinya. Ternyata dalam kondisi tertentu, sebagian besar dari 402 reaksi dasar terjadi tanpa masukan energi tambahan. Untuk membuat sel pertama melakukan metabolisme, hanya panas, hidrogen, amonia, dan karbon dioksida yang diperlukan – dan mereka masih dapat ditemukan hari ini di cerobong asap alkali yang panas di dasar laut.

dimana dan bagaimana kehidupan pertama Saya dibesarkan di tanah yang masih terbuka. Tampaknya jelas bahwa di beberapa titik blok bangunan pertama kehidupan seperti asam amino dan basa asam nukleat serta RNA dan DNA terbentuk. Mereka datang kemudian juga enzim pertama ditambahkan. Dari komponen-komponen ini, yang pertama muncul di vesikel atau pori-pori kecil, dan kemudian 3,8 miliar tahun yang lalu di sel sejati pertama. Metabolisme Salah satu makhluk hidup pertama.

402 reaksi primitif

Tetapi reaksi apa yang terdiri dari metabolisme sel-sel primitif ini? Dari mana dia mendapatkan energinya? Jessica Wimmer dari Universitas Heinrich Heine di Düsseldorf dan rekan-rekannya kini telah menemukan jawaban yang mungkin. Dengan bantuan perbandingan genetik dan biokimia dari berbagai bakteri dan archaea, mereka berhasil merekonstruksi metabolisme sel primitif.

Tim mengidentifikasi jaringan dari 402 interaksi yang terjadi di semua sel mikroba yang diperiksa, terlepas dari perbedaan garis keturunan dan gaya hidup. Jalur metabolisme ini digunakan untuk memproduksi dan memproses asam amino, protein, materi genetik, dan molekul penting lainnya. Sebagai bahan baku untuk ini, jaringan reaksi primitif membutuhkan bahan awal yang sederhana seperti hidrogen, karbon dioksida dan amonia, para peneliti melaporkan.

Menurut Wimmer dan timnya, ini menunjukkan bahwa sel progenitor dan sel awal telah menggunakan jalur metabolisme ini. Jadi adalah mungkin untuk melestarikan jalur interaksi dasar dari awal kehidupan.

sup primitif di komputer

Namun, ini menimbulkan pertanyaan tentang sumber reaksi metabolisme awal ini: “Empat miliar tahun yang lalu, enzim yang mengkatalisis reaksi dalam sel saat ini tidak ada,” jelas Wimmer. “Sebaliknya, reaksi harus bisa terjadi secara spontan di lingkungan pada waktu itu.” Oleh karena itu, para peneliti memeriksa keseimbangan energi dari 402 interaksi jaringan dengan bantuan model komputer.

Namun, terjadinya reaksi secara spontan dan tanpa penyerapan energi eksternal tambahan tergantung pada kondisi lingkungan. Jadi tim melakukan reaksi melalui nilai pH, suhu, dan konsentrasi bahan awal yang berbeda. “Ada banyak spekulasi tentang sumber energi penggerak. Tapi tidak ada yang meneliti metabolisme itu sendiri,” kata Wimmer.

Energi kimia sebagai pengganti cahaya

Analisis mengungkapkan: Di bawah kondisi yang sesuai, sebagian besar langkah metabolisme awal terjadi tanpa masukan energi tambahan. Dalam beberapa kasus, reaksi melepaskan energi, yang kemudian mengarah ke reaksi berikut. Jadi, metabolisme dasar akan berfungsi sebagai sumber energi internal pada awal kehidupan yang paling awal – molekul itu sendiri menyediakan energi kimia.

“Kami menunjukkan bahwa energi pada asal mula kehidupan adalah murni kimiawi di alam. Kami tidak membutuhkan sinar matahari, meteor, atau sinar ultraviolet,” kata Wimmer. Sebaliknya, hanya karbon dioksida, air, amonia, dan beberapa garam yang diperlukan, ditambah suhu Sekitar 80 derajat dan lingkungan basa sekitar pH 9. Seperti saat ini dengan banyak organisme di biosfer yang dalam, hidrogen berfungsi sebagai sumber energi kimia utama.

Cerobong air adalah tempat lahirnya kehidupan?

Daftar bahan dalam Metabolisme Primal ini juga memberikan informasi berharga tentang di mana kehidupan pertama mungkin. “Lingkungan ini sangat cocok dengan lingkungan di bidang hidrotermal”kota yang hilang“, pegunungan bawah laut di tengah Atlantik,” jelas penulis senior William Martin dari University of Dusseldorf. Ada cerobong alkali panas yang telah lama dianggap sebagai model tempat lahirnya kehidupan.

Temuan Wimmer dan rekan-rekannya sekarang mengkonfirmasi hal ini. Karena mereka juga menyarankan bahwa mata air panas di dasar laut ini mungkin memainkan peran penting dalam asal usul kehidupan. (Perbatasan dalam Mikrobiologi, 2021; doi: 10.3389/fmicb.2021.793664)

Sumber: Universitas Heinrich Heine Düsseldorf

14 Desember 2021

– Nadia Podebrigar