Lumea hidrocarburilor poliaromatice este o etapă ipotetică a evoluției chimice când hidrocarburile aromatice policiclice (PAH), care ar fi putut fi abundente în supa primordială a Pământului timpuriu , au condus la sinteza moleculelor de ARN , care au creat premisele pentru lumea ARN și apariția vieții .
Ideea principală a HAP este de a explica modul în care nucleotidele în sine ar putea fi într-un lanț la o distanță de 0,34 nm pentru formarea ARN primar, care este un eveniment foarte puțin probabil din întâmplare. Ipoteza indică faptul că moleculele circulare plane ale hidrocarburilor aromatice policiclice au efectul de a se asambla spontan în „stive” cu un pas de 0,34 nm și de a atașa nucleotidele la ele însele în partea laterală a bazei lor azotate prin legături de hidrogen. Apoi, datorită rotației inelelor „stive”, capetele nucleotidelor sunt agățate cu formarea de legături deja covalente și astfel conexiunea într-un lanț de ARN cu pasul său tipic de 0,34 nm. Ipoteza explică, de asemenea, probabilitatea mai mare de asamblare spontană a nucleotidelor în sine, deoarece mai întâi pot fi adăugate bazele lor azotate, iar apoi coloana vertebrală oligomerică [1]
Deși ipoteza PAH explică probabilitatea mai mare de asamblare a moleculelor asemănătoare ARN-ului, nu are dovezi experimentale pentru o astfel de asamblare. Dovezile indirecte pentru ipoteză sunt în pasul de 0,34 nm pentru ARN, care este același cu pasul „stivă”. De asemenea, un argument în favoarea lumii HAP este prevalența ridicată a HAP în Univers și posibilitatea de a obține componentele rămase pentru lumea HAP din „ supa primordială ”. [1] [2]
Experimentul Miller-Urey din 1952 a demonstrat sinteza moleculelor organice , cum ar fi aminoacizii , formaldehida și monozaharidele , din precursorii anorganici inițiali care ar fi putut fi prezenți în supa primordială.
Studiul proprietăților ARN-ului a arătat că moleculele de ARN sunt capabile să stocheze, să transmită și să înmulțească informații genetice și sunt, de asemenea, capabile să catalizeze reacții ca ribozime . Ca urmare, în 1968-1986, s-a format ipoteza lumii ARN , în care moleculele de ARN au precedat viața modernă ADN - ARN - proteină , izolate de mediul extern printr-o membrană .
Cu toate acestea, lipsesc câțiva pași din această imagine a evoluției chimice, cum ar fi modul în care au apărut primele molecule de ARN. Ipoteza lumii HAP a fost propusă de Simon Nicholas Platts în mai 2004 în încercarea de a completa o etapă lipsă [3] . O idee mai complet dezvoltată a fost publicată în 2006 de Ehrenfreund et al. [4]
Hidrocarburile poliaromatice sunt larg distribuite în universul vizibil și au fost probabil prezente în supa primordială a Pământului timpuriu [5] . HAP, împreună cu fullerene (sau buckyballs), au fost găsite în nebuloasele cosmice [2] . Potrivit astronomului Letizia Stanghellini, este posibil ca buckyballs din spațiul cosmic să fi fost semințele vieții pe Pământ [6] .
HAP -urile sunt în general slab solubile în apa de mare , dar prin expunerea ionizantă la lumina ultravioletă solară , atomii de hidrogen exterior pot fi scindați și înlocuiți cu o grupare hidroxil , făcând HAP-urile mai solubile în apă.
Aceste PAH modificate sunt amfifile , ceea ce înseamnă că au atât părți hidrofile , cât și hidrofobe . Ca rezultat, se auto-asamblează în stive asemănătoare lipidelor , întorcând părțile hidrofobe una spre alta.
Ipoteza mondială a HAP a condus la cercetările astronomilor asupra abundenței HAP în univers. În 2014, NASA a publicat o bază de date de cercetări din care rezultă că aproximativ 20% din carbonul din nebuloasele universului este sub formă de PAH. [7] HAP-urile ar fi putut fi aduse din spațiu pe Pământ în timpul bombardamentului cu meteoriți la începutul formării sale pe suprafața sa. Argumentul în favoarea acestei ipoteze este descoperirea de urme de HAP pe meteoritul ALH 84001 . [8] Conform unui studiu NASA, moleculele PAH sunt, de asemenea, un material comun în comete. [1] Arhivat pe 26 februarie 2019 la Wayback Machine . În 2018, cercetătorii au descoperit procesul de sinteză a HAP în atmosfera lui Titan. [2] Copie de arhivă din 26 februarie 2019 la Wayback Machine Aceste date întăresc pozițiile ipotezei PAH World în comparație cu ipotezele alternative ale lumilor premergătoare Lumii ARN , deoarece prezența unei cantități mari de material sursă principal în natură a fost dovedit pentru ipoteza lumii HAP.
În stivele de PAH auto-organizate, distanța dintre inelele adiacente este de 0,34 nm. La aceeași distanță se află baze azotate adiacente în moleculele de ARN și ADN. Moleculele mai mici se vor atașa în mod natural la inelele PAH. Cu toate acestea, inelele PAH tind să se rotească unele față de altele, ceea ce va duce la ciocniri ale compușilor moleculari atașați cu inelele adiacente. Toate acestea determină legarea specifică de molecule plate , cum ar fi pirimidină și bazele azotate purinice - componente cheie (și purtători de informații) ale ARN și ADN-ului. Aceste baze sunt, de asemenea, amfifile și se aliniază în stive similare.
Se presupune că, după adăugarea bazelor azotate la inelele PAH prin legături de hidrogen , decalajul dintre baze determină alegerea unei molecule de legare de o anumită dimensiune, cum ar fi un mic oligomer de formaldehidă (prezent și în bulionul primordial), care se leagă de bazele azotate deja prin legături covalente [1] [3] .
O creștere ulterioară pe termen scurt a acidității mediului , cum ar fi erupțiile vulcanice care au eliberat gaze acide ( dioxid de sulf , dioxid de carbon ), ar putea fi cauzat detașarea bazelor azotate din coloana vertebrală a HAP, formând molecule asemănătoare ARN (cu o coloană vertebrală de formaldehidă). a scheletului zahăr-fosfat folosit de ARN-ul modern, dar cu același pas de 0,34 nm) [1] .
Dezvoltând ipoteza, se poate presupune că lanțurile asemănătoare ARN-ului, după ce s-au desprins din stivele de PAH, au început să se plieze pe ele însele prin legarea complementară între bazele azotate folosind legături de hidrogen, formând structuri asemănătoare ARN-ului stabil și parțial dublu catenar similare cu ribozimele . Oligomerii de coloană vertebrală de formaldehidă au fost în cele din urmă înlocuiți cu molecule de fosfat de zahăr mai stabile. Toate acestea au creat premisele pentru o lume diversă a ARN , în care moleculele de ARN au evoluat deja [1] [3] [9] .
| Originea vieții | |
|---|---|
| Concepte | |
| Ipoteze |
|
| Studiu | |