Yaşamın temel yapı taşlarından biri olan amino asitler, Dünya’daki yaşamın başlangıcından önce nasıl oluşuyordu?

Güneş sistemimiz, yıldızlar arasında geniş bir boşluk olan yıldızlararası ortama (ISM) yayılan gaz ve tozdan oluşan moleküler bir buluttan oluştu. Moleküler bulutun çökmesi üzerine, büyük bir gaz ve toz diski etrafında dönen ilk güneş oluştu. Tozlu malzeme, sonunda gezegenimsi adı verilen büyük cisimlere dönüşecek şekilde büyüyecek olan kayalık malzemeyi üretmek için çarpıştı.

Güneşten yeterince uzakta oluşan gezegencikler de büyük miktarlarda buz içeriyordu. Buz, su ve karbon monoksit (CO), karbon dioksit (CO) gibi diğer uçucu bileşiklerden oluşuyordu.₂), metanol (CH₃OH) ve amonyak (NH₃), yanı sıra muhtemelen bazı amino asitler de dahil olmak üzere diğer birçok organik bileşik. Sonunda, vücutları ısıtan radyoaktif maddenin varlığı nedeniyle buz eridi.

Bu sıvı su periyodu (sulu değişim olarak adlandırılır), Strecker sentezi ve Formose benzeri reaksiyonlar dahil olmak üzere birçok reaksiyonun gerçekleşmesini sağladı ve sonuç, amino asitler dahil olmak üzere yeni organik materyalin üretimi oldu. Aynı süreç aynı zamanda kayalık malzemeleri orijinal minerallerinden fillosilikatlar, karbonatlar, Fe-oksitler ve Fe-sülfürler gibi yeni ikincil minerallere dönüştürdü.

Birkaç milyon yıl sonra, radyoaktif malzeme tükendikçe gezegencikler donmaya başladı. Daha sonra yıkıcı çarpışmalar ve güneş sistemleriyle etkileşim gezegenler büyük cisimleri parçaladı ve asteroit ve kuyruklu yıldız parçalarını Dünya’nın yakınına gönderdi. Daha sonraki çarpma olayları, o zamandan beri bu asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların parçalarını Dünya’nın yüzeyine ulaştırdı ve tarihi boyunca Dünya’ya amino asitler de dahil olmak üzere büyük miktarlarda organik malzeme sağladı.

Amino asitler, proteinlerin yapı taşları olarak dünyadaki tüm canlıların içindedir. Proteinler, canlı organizmalarda, reaksiyonları katalize etmek (enzimler), genetik materyali kopyalamak (ribozomlar), molekülleri taşımak (taşıma proteinleri) ve hücrelere ve organizmalara bir yapı sağlamak (örneğin kollajen) dahil olmak üzere birçok işlem için gereklidir. Dolayısıyla Dünya’da yaşamın başladığı bölgede önemli miktarlarda amino asitlere ihtiyaç duyulacaktı.

Önceki çalışma, hem Erken Dünya’da hem de dünya dışı ortamlarda amino asitler oluşturabilen bir dizi olası ortamı tanımlamıştır. İlginç bir şekilde, amino asitlerin çoğu, yapıları birbirinin insan eline benzeyen ayna görüntülerini temsil eden en az iki biçimde gelir. Buna göre, bunlar genellikle sağ-elli veya sol-elli optik izomerler olarak adlandırılır. Dünyadaki yaşamın ilginç bir özelliği, proteinlerinde solak optik izomer olan belirli bir amino asit türünü kullanmasıdır.

Şu anda, yalnızca belirli bir göktaşı sınıfının (karbonlu kondritler) aşırı solak optik izomerler içerdiği bilinmektedir, bu da yaşamın kullandığı amino asitlerin bu göktaşlarından kaynaklanmış olabileceği fikrine yol açmıştır. Buna rağmen, meteoritlerdeki amino asitler, meteoritlere katılmadan önce veya meteoritler oluştuktan sonra oluşmuş olabilir.

Şimdi yayınlanan bir çalışmada Doğa İletişimi, bilim adamlarından oluşan bir ekip, asteroit Ryugu’nun birkaç parçasını analiz etti ve içlerindeki amino asit bolluğunu hesapladı. Parçacıklar içindeki mineral fazların bolluğu, daha önce amino asitlerin ve minerallerin bolluğu arasında bir karşılaştırmaya izin veren başka bir yayında rapor edilmişti. Bir parçacığın (A0022), dimetilglisin (DMG) olarak adlandırılan, dünya dışı materyallerde yaygın olmayan yüksek miktarda bir amino asit içerdiği, buna karşın diğer parçacığın (C0008) bu amino asidi tespit limitinin üzerinde içermediği bulundu.

Bu arada amino asit glisin bolluğu C0008’e kıyasla A0022’de daha düşük bulunurken, β-Alanin bolluğu ters eğilim göstermiştir. Buna göre β-Alaninin glisine oranı A0022 için C0008’den daha yüksekti. Bu oranın daha önce gezegencikler üzerinde işleyen sulu değişimin derecesinin bir göstergesi olduğu gösterilmişti. Buna göre, A0022’deki daha yüksek sulu değişim seviyeleriyle ilgili bazı reaksiyonların, C0008’e kıyasla bu partiküldeki yüksek DMG bolluğunu açıklayabileceği varsayılmıştır.

Bu nedenle, Ryugu parçacıkları arasındaki farklı amino asit bolluklarına hangi reaksiyonun neden olabileceğine dair herhangi bir ek kanıt olup olmadığını görmek için mineral fazlar incelendi. Karbonat, manyetit ve Fe-sülfitler dahil ikincil minerallerin bolluğunun (sulu alterasyondan sonra oluşan) A0022’de C0008’den daha yüksek olduğu bulunmuştur.

Özellikle, yüksek karbonat bolluğu, daha büyük miktarda CO veya CO’ya işaret etti.₂ C0008’e kıyasla A0022’nin değiştirildiği gezegenimsi bölge içinde. β-Alaninden glisine oranından daha yoğun sulu değişime dair kanıtlarla bağlantılı olarak bu, genel olarak A0022 öncüsünde C0008’den daha fazla buzun mevcut olabileceğini gösterdi.

İnsanlar için önemli bir besin maddesi olan DMG’yi ticari olarak üretmenin bir yolu, Eschweiler-Clarke reaksiyonudur. Bu reaksiyon, glisinin sudaki formik asit ve formaldehit ile etkileşimini gerektirir ve ayrıca CO üretir.₂. Glisin, formaldehit ve formik asidin tümü kuyruklu yıldızlarda bulunur ve bu nedenle asteroitlerin gezegenimsi öncüllerinde bulunmaları beklenir.

Bu nedenle, Eschweiler-Clarke reaksiyonu, A0022’nin öncüsü içindeki sulu değişim sırasında meydana geldiyse, C0008’e kıyasla bu parçacıktaki yüksek DMG seviyesini ve düşük glisin bolluğunu açıklayabilir. Ek olarak, CO₂ A0022’de karbonat oluşumuna katkıda bulunmuş olabilir.

Genel olarak, çalışmanın bulguları, gezegencikler üzerindeki sulu değişim sırasında mevcut koşullardaki küçük farklılıkların, amino asitlerin son bollukları üzerinde büyük etkileri olabileceğini göstermektedir. Bazı amino asitler yok edilebilir ve diğerleri yaratılabilir ve bu da amino asitlerin Dünya’daki yaşamın kökenindeki mevcudiyetini etkiler.