Záhada vzniku života: stěžejní roli sehrály kvantové tečky

Jak vznikne život z neživé hmoty? Vědci simulovali procesy probíhající před čtyřmi miliardami let po dopadu asteroidu na Zem. Zjistili, že kvantové tečky uvolněné z těžkých kovů v asteroidech mohou v prostředí organických látek a při působení UV záření plnit funkci jednoduchých enzymů, klíčových pro fungování živých organismů. Výsledky publikoval v americkém časopise Astrobiology tým vědců a vědkyň z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a Ústavu chemie a biochemie Mendelovy univerzity v Brně.

Raná Země byla horká, bombardovaly ji asteroidy, impaktní krátery se zalévaly vodou obsahující celou řadu organických látek. Jak vědci prokázali v předchozích studiích, díky účinkům ultrafialového záření vznikají z kovů z asteroidů kvantové tečky. Nyní zkoumali jejich vliv na chemii vzniku života.

V laboratoři vědci zahřívali roztok formamidu obsahující syntetizované kvantové tečky na 180o C a zároveň na roztok působili UV zářením. Pomocí hmotnostní spektrometrie a kapilární elektroforézy vědci prokázali, že výrazně stoupla výtěžnost nukleových bází. Bylo tak prokázáno, že kvantové tečky fungují jako katalyzátor pozvolného vzniku základních bází nukleových kyselin a tedy složitějších prebiotických látek.

„Na základě těchto pokusů jsme formulovali novou teorii vzniku života založeného na kvantových tečkách vyskytujících se v horkých impaktních kráterech,“ říká Lukáš Nejdl, spoluautor studie z Mendelovy univerzity v Brně.

Kvantové tečky s vlastnostmi enzymů

V druhé části studie se vědci zabývali vlastnostmi a chováním kvantových teček. Kvantové tečky jsou ohraničené oblasti polovodiče o průměru kolem 2 - 10 nm (1nm, nanometr, je jedna miliardtina metru), schopné v důsledku nižší energie ve srovnání s energií vodivostního pásu okolního polovodiče vázat elektrony. Jsou to neobvyklé materiály – jejich malé rozměry jim propůjčují kvantové vlastnosti zcela odlišné od látek, ze kterých jsou tvořeny.

Ve studii vědci představili experimentální výsledky ukazující, že kvantové tečky mají také vlastnosti enzymů. Chování kvantových teček napodobuje metabolické dráhy, aniž by k tomu byl potřeba biochemicky složitý a na evoluci velmi náročný enzymový aparát.

„Podle naší teorie nevznikají nukleové báze jen během několika vteřin účinky impaktního plazmatu, ale celý děj pokračuje v horkých impaktních kráterech,“ dodává spoluautor studie Martin Ferus z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. V návaznosti na tento výzkum tým publikoval i další ucelenou studii v časopise Frontiers, ve které detailně popisuje související chemii vzniku prebiotických látek v impaktních kráterech rané Země a Marsu.

Více informací:

RNDr. Martin Ferus, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
martin.ferusjh-inst.cas.cz
+420 728 013 044