KAPITOLA 3

Simulace prebiotické syntézy monomerů

Možná bychom si přáli, aby tehdy, při zrodu života, byla přítomna skupina vědců a vše podrobně zaznamenala. Počátku života však nebyli přítomni žádní pozorovatelé, a protože se nemůžeme vrátit zpět, abychom zkoumali prebiotickou Zemi, je nutno nepřímými metodami získávat důkazy o tom, co se snad přihodilo. Jistě lze v laboratoři na základě našich současných předpokladů napodobit poměry na dávné Zemi. Podle představy, že na Zemi probíhají stále tytéž procesy jako kdysi, lze pak očekávat, že se výsledky našich experimentů budou podobat tomu, co se kdysi skutečně přihodilo. Za tohoto předpokladu je nejdůležitější podrobně identifikovat a reprodukovat poměry na prebiotické Zemi. V tomto ohledu bylo vyvinuto mnoho pozoruhodného úsilí, ale jak uvidíme, napodobení těchto poměrů není jednoduché.

Jak provést prebiotický modelový experiment

Můžeme se například pokusit reprodukovat podmínky na dávné Zemi v obrovské uzavřené kádi naplněné chemikáliemi, jejichž přítomnost na prebiotické zemi předpokládáme. Pokus by byl proveden tak, že by se nechaly na směs jednoduchých plynů, vody v kapalném skupenství, písku, hlíny a jiných nerostných látek působit různé druhy energie. V různých časových intervalech by se odebíraly vzorky na analýzu a její výsledky by se zaznamenávaly. Tento postup - "Syntéza v celku" ("Synthesis in the Whole") - byl čas od času používán.¹

Mezi jeho zjevné nedostatky patří především skutečnost, že i když věrně napodobíme podmínky a procesy na dávné Zemi, je obtížné očekávat smysluplné výsledky během laboratorního pokusu, který může probíhat jen relativně krátkou dobu. K zachycení sebemenších stop vývoje by pokus musel trvat snad miliony let. Tím, že současně probíhá doslova tisíce různých reakcí, jsou složité chemické interakce, které bychom rádi sledovali, nezachytitelné a je nutné nalézt způsob, jak je od sebe rozlišit a izolovat. Jen tak se můžeme dostat na stopu mechanismů, které vedly ke vzniku života a o nichž bychom se použitím přístupu "syntézy v celku" nic nedozvěděli.

To, co potřebujeme, je technika, která nám umožní oddělit jednotlivé reakční procesy v naší modelové "prebiotické polévce", a sledovat tak jejich průběh. Takový přístup by nám poskytl smysluplnou výpověď o mechanismu, který se mohl podílet na vzniku života, a o platnosti navrhovaného schématu chemické evoluce.

Aby však měl laboratorní modelový experiment skutečnou hodnotu, je nutné požít metodu, která překoná časový faktor milionů let. Musíme urychlit proces tak, abychom jako ve zrychleném filmu byli schopni bez zkreslení účinně zhustit události probíhající po dlouhou dobu do reálného času laboratorního pokusu.

Metoda vyhovující těmto požadavkům je v současnosti k dispozici; dokáže simulovat dlouhý časový vývoj i zmapovat sled jednotlivých chemických reakcí. Spočívá v tom, že se geologicky přijatelným podmínkám (tj. odpovídající teplo, světlo, teplota, koncentrace látek, pH atd.) vystaví směs pečlivě vybraných a přečištěných chemických látek, z nichž se podle předpokladu kdysi formoval život. Experiment se považuje za geochemicky přijatelný, když podmínky, za kterých byl proveden, podstatnou měrou reprodukují domnělé poměry na prebiotické Zemi. Pokusy jsou pak posuzovány jako úspěšné, jestliže jsou mezi produkty nalezeny biologicky významné molekuly nebo jejich prekurzory.²

Tímto způsobem lze simulovat produkci aminokyselin. Ty jsou pak isolovány, purifikovány a koncentrovány; v dalším stupni vznikají jejich vzájemnou interakcí polymery. Po podobném procesu isolace, purifikace a zakoncentrování těchto polypeptidů by mohl následovat třetí experiment stejného druhu. Takovým postupem by pochopitelně mohly vzniknout polysacharidy, lipidy, polynukleotidy a případně až protobuňky. Existuje naděje, že je jenom otázkou času, kdy se použitím vhodné prebiotické simulační techniky a správných experimentálních podmínek podaří vytvořit živou hmotu. Obecně se soudí, že by takový výsledek značně podpořil představu přirozeného vzniku života na této planetě. V této kapitole uvedeme přehled vybraných modelových pokusů, které směřovaly k přípravě monomerů, a jejich výsledky.

Tabulka 3-1 ukazuje, že na současnou Zemi působí poměrně velké množství různých druhů energie, jejichž vydatnost je uvedena jako průměrná hodnota energie vztažená na celý zemský povrch. Tabulka nám poslouží jako vodítko při hledání energetických zdrojů, které byly k dispozici na dávné Zemi. V diskutovaných experimentech bude popsáno pět zdrojů energie: elektrický výboj, teplo, ultrafialové záření, tlakové vlny a sloučeniny s vysokým obsahem energie. V řadě obsáhlých přehledných prací o prebiotických experimentech³ mohou pak čtenáři nalézt další podrobnosti.

Přehled prebiotických modelových experimentů

Pokusy s elektrickým výbojem

V prosinci 1952 se Stanley Miller z Chicagské university poprvé pokusil experimentálně ověřit Oparin-Haldaneovu hypotézu abiogeneze.⁴ Miller, který tehdy po absolvování vysoké školy pracoval v laboratoři laureáta Nobelovy ceny Harolda Ureye, vypracoval metodu simulace tvorby monomerů na prebiotické Zemi. Modelová atmosféra obsahovala metan, amoniak, vodík a vodní páru.

Aparatura z varného skla, kterou Miller použil při svém experimentu (obr.3-1), se skládala z malé varné baňky naplněné vodou, komory s wolframovými elektrodami, mezi nimiž docházelo k jiskrovému výboji, chladiče a sifonu s vodou, který sloužil ke shromažďování produktů. Ačkoliv se nepředpokládá, že na tehdejší Zemi bylo vroucí moře, var zajišťoval v Millerově aparatuře cirkulaci plynů a jejich průchod jiskrovým výbojem.

Z většiny ostatních hledisek však Millerova aparatura simulovala děje probíhající na prebiotické Zemi. Výboj nahrazoval působení deště, kterým se do oceánu dostávaly netěkavé sloučeniny utvořené v atmosféře. Sifon s vodou (a také varná baňka) představovaly moře, tůně a jezera, v nichž se shromažďovaly syntetizované sloučeniny.

V roce 1974 referoval Miller o "první laboratorní syntéze organických sloučenin za prebiotických podmínek."⁵ Z jeho vzpomínek se dozvídáme něco o metodách, které použil ve svých modelových prebiotických experimentech. Při popisování svého druhého pokusu s touto aparaturou uvádí:

Po asi týdenní práci bylo vše připraveno; aparaturu jsem naplnil stejnou směsí plynů a zažehl jsem jiskrový výboj, zatímco 500 ml baňku jsem zahříval jen málo... Po dvou dnech jsem se rozhodl zkontrolovat vzniklé produkty. Tentokrát nebyly patrné žádné uhlovodíky, ale roztok byl bledě žlutý. Zahustil jsem ho a provedl jsem papírovou chromatografii. Po aplikaci ninhydrinu jsem tentokrát nalezl fialovou skvrnu, která se pohybovala stejně jako nejjednodušší aminokyselina - glycin.⁶

Z jeho počátečních dramatických experimentů z konce roku 1952 dále vybíráme:

Opět jsem sestavil aparaturu, ale tentokrát jsem udržoval var bouřlivější... Ráno, když jsem se podíval na aparaturu, byl roztok zřetelně růžový... Okamžitě mě napadlo - porfyriny... běžel jsem k Ureymu a přivedl jsem ho, abych mu ukázal vzniklé zabarvení. Díval se na ně se stejně mocným vzrušením jako já.

Koncem týdne jsem odebral roztok a po drobné úpravě jsem provedl dvourozměrnou papírovou chromatografii... Po aplikaci ninhydrinu se tentokrát objevilo sedm fialových skvrn. Tři z detegovaných aminokyselin byly dosti koncentrované a podle polohy skvrn jsem je identifikoval jako glycin,  a -alanin a ß-alanin.⁷

Od těchto prvních průkopnických dní v historii simulací prebiotických dějů byly experimenty s elektrickým výbojem mnohokrát opakovány s atmosférou rozmanitého složení, v níž byly použity následující plyny: metan, etan, amoniak, dusík, vodní pára, vodík, oxid uhelnatý, oxid uhličitý a sirovodík. Ve většině těchto experimentů byla použita, i přes množství modifikací, v podstatě stejná technika, jakou používal Miller. Pokud byl z reakční směsi vyloučen kyslík, vznikaly aminokyseliny a jiné organické sloučeniny.

V roce 1974 publikoval Miller zprávu o aminokyselinách, které získal pomocí elektrického výboje (viz tabulka 3-2). Jiní autoři uvádí i vznik asparaginu,⁹ lysinu¹⁰ a fenylalaninu,¹¹ Miller jim však oponuje.¹²

Mezi produkty pokusů s elektrickým výbojem bylo s jistotou identifikováno deset z dvaceti aminokyselin, nacházejících se v bílkovinách (tzv.proteinogenních aminokyselin) a také asi třicet neproteinogenních aminokyselin. Uváděn byl i terc. leucin a N-ethylalanin, ale vznik těchto sloučenin nebyl dosud s určitostí potvrzen. Pokud obsahovala výchozí atmosféra více než stopové množství amoniaku, vznikaly kyseliny iminodioctová a iminoacetopropionová. V případě, že byl do směsi plynů přidán sirovodík, vznikl methionin.

V roce 1963 byla ve směsi metanu, amoniaku, vodní páry a vodíku, ozářené svazkem elektronů, nalezena heterocyklická báze adenin.¹³ V roce 1983 C. Ponnamperuma uvedl, že v jediném experimentu napodobujícím prebiotickou atmosféru vzniklo všech pět bází nacházejících se v DNA a RNA.*

Millerův experiment navíc prokázal tvorbu formaldehydu a "snad" i některých cukrů.¹⁴ Ponnamperumovy experimenty prokázaly tvorbu ribózy a deoxyribózy při průchodu elektronů směsí metanu, amoniaku a vody.¹⁵ Tabulka 3-3 ukazuje relativní zastoupení různých organických sloučenin vytvořených při použití elektrického výboje. Povšimněme si, že bylo syntetizováno mnohem více aminokyselin než jiných biologicky důležitých molekul, což odráží relativní snadnost jejich tvorby ve srovnání s tvorbou heterocyklických bází, cukrů atd.

Nyní, když vědci vyhodnotili množství odlišných experimentů, je obecně uznáváno, že jiskrový výboj je nejúčinnějším zdrojem energie pro tvorbu HCN a aminokyselin; původně však byl pro tyto pokusy vybrán pro své snadné použití. Doposud získané výsledky naznačují, že jiskrový výboj by nebyl na dávné Zemi dostatečně účinným zdrojem energie pro syntézu pyrimidinů a aldehydů (zejména cukrů).

* Uveřejněno na 186. Národní konferenci Americké chemické společnosti (186th National Meeting of the American Chemical Society), 29. srpna 1983 ve Washingtonu, D.C. Viz Chem.Eng.News, 5. září 1983, str.4.

Pokusy využívající tepelnou energii

Množství tepelné energie produkované v současnosti sopečnou činností je přibližně o řád nižší, než množství energie produkované všemi druhy elektrických výbojů dohromady (tab. 3-1), je však zhruba srovnatelné s energií blesků. V důsledku toho používali mnozí badatelé, z nichž nejznámější je Sidney Fox, laboratorní techniku založenou na simulaci "uvolňování sopečných plynů ze štěrbin a průduchů ve žhavých vyvřelých horninách".¹⁶ Tyto experimenty jsou známé jako syntéza za tepla nebo pyrosyntéza.

Při těchto pokusech je používána modifikovaná Millerova aparatura. Základním rozdílem je pícka, nahrazující elektrody (obr.3-2). Různé plyny tvořící "prebiotickou atmosféru" procházejí pevným silikagelem, oxidem hlinitým nebo křemenným pískem umístěným v této pícce, vytápěné na 900 - 1100^oC. Plyny zůstávají v horké zóně obvykle jen zlomek vteřiny a jsou pak rychle ochlazeny. Produkty se shromažďují v sifonu odkud pak přetékají do varné baňky. Tabulka 3-4 ukazuje výsledky zahřívání metanu, amoniaku a vody na 950^oC s křemenným pískem jako katalyzátorem. Povšimněte si, že, jak uvedli v roce 1964 Harada a Fox,¹⁷ hlavními produkty tohoto experimentu bylo dvanáct proteinogenních aminokyselin. Tito vědci přičítali vznik velkého množství těchto aminokyselin neobjasněnému vlivu tepla jako zdroje energie. "Podle těchto výsledků [syntézy za tepla] se při použití tepelné energie zastoupení nepřirozených aminokyselin snižuje a zastoupení přirozených aminokyselin zvyšuje."¹⁸ Mimoto byly touto metodou získány i čtyři další aminokyseliny, nacházející se v bílkovinách: lysin, tryptofan, histidin a asparagin. Pokusy o přípravu aminokyselin obsahujících síru, methioninu a cysteinu, přidáním sirovodíku do výchozí směsi, byly zatím neúspěšné.

Publikované výsledky syntézy aminokyselin za tepla v modelové prebiotické atmosféře však byly vzápětí napadeny. Lawles a Boynton¹⁹ opakovali experimentální postup, který popsali Harada a Fox, ale produkty identifikovali s použitím podstatně účinnějších metod. Jak vyplývá z tabulky 3-5, s jistotou bylo identifikováno jen šest aminokyselin, z nichž jen glycin, alanin a kyselina asparagová patřily k proteinogenním aminokyselinám. Je důležité, že Fox sám nyní shledává nízkou teplotu (tj.< 120^oC) "nejpřijatelnější"²⁰ pro získání aminokyselin.

Jednou z důležitých variací syntézy za tepla je Fischer-Tropschova metoda.²¹ Při typické syntéze procházejí oxid uhelnatý, vodík a amoniak trubicí z varného skla naplněnou katalyzátorem na bázi kovu nebo hlíny. Při zahřátí na 500 - 700^oC na dobu asi 1,2 minuty, což je doba, po kterou jsou plyny v trubici, dojde k reakci za vzniku různých aminokyselin. Obecná Fischer-Tropschova syntéza se využívá průmyslově k výrobě uhlovodíků z oxidu uhelnatého a vodíku.

Jinou modifikací je syntéza ve statickém uspořádání ("no-flow"), která spočívá v ohřevu plynů ve varné nádobě na 200 - 1000^OC na 15 - 16 min, následovaném nepřerušovaným zahříváním na nižší teplotu (50 - 100^oC, 15 - 183 h).

Fischer-Tropschova syntéza poskytuje s jistotou* tyto proteinogenní aminokyseliny: glycin, alanin, kyselinu asparagovou a glutamovou, tyrosin, lysin, histidin a arginin.

* Neexistuje obecně přijatelné kriterium pro posouzení termínu "s jistotou ověřený", což se týká zejména posuzování prací publikovaných do roku 1970. V tomto období byla k "identifikaci" určité sloučeniny často použita jediná analytická metoda, např. papírová chromatografie. Všeobecně uznávanou, vhodnou a spolehlivou metodou identifikace aminokyselin se díky nejnovějším pokrokům ve vývoji metodik stává plynová chromatografie v kombinaci s hmotovou spektrometrií. Spolehlivý je také tradiční přístup, tedy určování bodu tání aminokyselin nebo směsného bodu tání vhodného derivátu. Většina experimentů však pro tuto analýzu neposkytuje dostatek materiálu

Pokusy s ultrafialovým zářením

Jak již bylo uvedeno, je sluneční ultrafialové záření považováno za hlavní zdroj energie na prebiotické Zemi (viz tab. 3-1). Na základě toho využívali někteří badatelé ultrafialové záření ve svých modelových experimentech. Avšak většina z předpokládaných složek prebiotické atmosféry (CH₄, CO, N₂, CO₂, H₂S, NH₃, H₂O, H₂) absorbuje sluneční světlo téměř výlučně při vlnových délkách pod 200 nm. Jen malá část (0,015 %)²² energie slunečního záření je tvořena zářením tak krátké vlnové délky.²³ Uvedené složky atmosféry tak absorbují pouze nepatrné množství sluneční energie a fotochemická reakce probíhá jen nízkou rychlostí. Nejedná se však o závažné omezení, protože během mnoha milionů let by se projevil kumulativní účinek tohoto malého množství vhodné energie.

V laboratorních modelových pokusech jsou jednoduché "prebiotické" plyny vystaveny krátkovlnnému ultrafialovému záření (< 200 nm), které pochází z rezonančních čar zdroje o vysoké intenzitě emise. Používaná aparatura je podobná Millerově aparatuře s elektrickým výbojem. Hlavní rozdíl spočívá v nahrazení elektrod zdrojem ultrafialového záření (obr. 3-3). Tab. 3-6 ukazuje pozoruhodné výsledky získané ve třech takových experimentech.

Ponnamperuma prokázal, že kromě uvedených aminokyselin vznikají během ozařování ultrafialovými paprsky i ribóza a deoxyribóza.²⁷

Ultrafialové záření bylo nejvydatnějším zdrojem energie na prebiotické Zemi (tab. 3-1). Při modelových experimentech jsou však výtěžky aminokyselin obvykle malé. Zpravidla se to vysvětluje skutečností, že ultrafialové záření není dobrým zdrojem pro tvorbu HCN, který je hlavním intermediátem ve Streckerově syntéze aminokyselin (viz dále). Ultrafialové záření je však snad nejlepším zdrojem pro tvorbu aldehydů, které jsou podle Streckerova mechanismu také nezbytnými meziprodukty aminokyselin. Tyto výsledky podporují velmi rozšířené přesvědčení, že za vytvoření chemických sloučenin - nezbytných biologických prekurzorů - v dostatečných koncentracích nesou zodpovědnost rozmanité zdroje energie.

Fotosenzibilizace

Fotosenzibilizace je prostředkem k překonání nedostatku vhodného ultrafialového záření v dávné atmosféře. Touto vynalézavou technikou lze zprostředkovat předání energie dlouhovlnnější části ultrafialového záření (200 - 300 nm), na které je sluneční světlo bohaté, plynům prebiotické atmosféry a přinutit je tak, aby vstoupily do fotochemické reakce. Vědci používají fotosenzibilizační činidla, jako např. páry rtuti, formaldehyd nebo plynný sirovodík, která mohou absorbovat energii a předat ji následnou interakcí plynům prebiotické atmosféry, což umožňuje využít k reakcím větší části spektra. Vybrané příklady tohoto experimentálního postupu jsou shrnuty v tabulce 3-7.

Pokusy využívající tlakové vlny

Podle scénáře chemické evoluce tlakové vlny procházející atmosférou, které mohly vznikat při bouřkách nebo při průletu meteoritů, tvořily malý ale výrazný podíl na celkové energii působící na prebiotickou Zemi. Výzkumy prokázaly, že tlakové vlny jsou velmi účinné při syntéze aminokyselin z jednoduchých plynů (metan, etan, amoniak a vodní pára). To znamená, že i když byl celkový energetický příspěvek tlakových vln zřejmě malý (tab. 3-1), mohly být hlavním zdrojem energie pro syntézu těchto monomerů na tehdejší Zemi.³²

Syntézy napodobující vliv tlakové vlny jsou založeny na působení vysoké teploty (2 000 - 6 OOO^oK) na plyny po zlomek vteřiny a jejich následném rychlém ochlazení.³³ Touto metodou byly získány aminokyseliny glycin, alanin, valin a leucin.

Sloučeniny s vysokým obsahem energie

Většina z aminokyselin, vyskytujících se v bílkovinách, byla identifikována při pokusech s vodnými roztoky, které nahrazovaly primordiální oceán. Ačkoliv je při mnohých z těchto experimentů používáno teplo nebo ultrafialové záření, většina z nich vlastně nepožaduje vnější zdroj energie. Místo něho probíhají reakce spontánně pomocí vysokoenergetických sloučenin, jako jsou kyselina kyanovodíková a kyanidy, kyanoacetylen, formaldehyd, hydroxylamin nebo hydrazin. Jejich použití v experimentech napodobujících tehdejší oceán je ospravedlněno tím, že tyto látky byly nalezeny mezi produkty modelových experimentů napodobujících tehdejší atmosféru.

Mnohé z těchto vysokoenergetických sloučenin obsahovaly atomy uhlíku s dvojnou nebo trojnou vazbou. K těmto látkám je možné přiřadit etyleny (>C=C<), acatyleny (-Co C-), aldehydy (RCH=O), ketony (R₁R₂C=O), karboxylové kyseliny (RCOOH) a nitrily (RCo N), které by mohly vstupovat do reakcí přímo pomocí energie uvolněné z jejich dvojných a trojných vazeb. Obecně řečeno, mohly by vázat jiné chemické sloučeniny do svých struktur pomocí adice na tyto dvojné nebo trojné vazby. Například etylen a acetylen reagují s vodou následovně:

CH₂=CH₂ + H₂O <====> CH₃CH₂OH

etylen etanol

HCo CH + H₂O <====> CH₃CH=O

acetylen acetaldehyd

Adice se obvykle považují za reakce, které vedly k vytvoření širokého sortimentu organických látek v dávném oceánu. Teoreticky byly možné další interakce mezi vzniklými sloučeninami za vzniku stále složitějších chemických struktur. Např. dvě molekuly acetaldehydu mohou reagovat ve vodném roztoku za vzniku kyseliny octové a etylalkoholu podle rovnice:

2 CH₃CH=O + H₂O <====> CH₃COOH + CH₃CH₂OH

acetaldehyd kyselina octová etanol

Tyto produkty pak mohou dále reagovat za vzniku etylacetátu:

CH₃COOH + CH₃CH₂OH <====> CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

kyselina octová    etanol etylacetát

Na adiční reakce lze pohlížet jako na rozhodující při vzniku aminokyselin. Dvě molekuly formaldehydu nejprve reagují za vzniku glykolaldehydu:

2 HCHO <====> CH₂OHCH=O

formaldehyd glykolaldehyd

Dvě molekuly glykolaldehydu pak mohou reagovat s vodou za vzniku glykolu a kyseliny glykolové:

2CH₂OHCHO + H₂O <====> CH₂OHCH₂OH + CH₂OHCOOH

glykolaldehyd glykol kyselina

glykolová

Nakonec může glykolová kyselina s amoniakem vytvořit glycin:

CH₂OHCOOH + NH₃ <====> CH₂NH₂COOH + H₂O

kyselina glykolová glycin

Jako hlavní syntetická cesta tvorby aminokyselin v prebiotickém oceánu byla také navržena dobře známá Streckerova syntéza. V této syntéze vzniká adicí amoniaku na karboxylovou skupinu aldehydu imin.

RCH=O + NH₃ <====> R-C-H + H₂O

N H

aldehyd imin

Pak se adicí kyanovodíku na imin tvoří  a -aminonitril.

R-C-H + HCN <====> RCHCo N

1 1 1

N H NH₂

imin  a -aminonitril

Nakonec se syntéza uzavírá ireverzibilní adicí vody na nitril za vzniku  a -aminokyseliny.

RCHCo N + H₂O ----> RCHCOOH

1 1

NH₂ NH₂

a -aminokyselina

Takové je schéma obecné syntézy, kde druh vzniklé aminokyseliny závisí na druhu výchozího aldehydu. Např. při použití formaldehydu, acetaldehydu nebo glykolaldehydu vznikají aminokyseliny glycin, alanin, resp. serin. Miller a Orgel prokázali, že mnohé z 20 aminokyselin nacházejících se v proteinech mohly být vytvořeny Streckerovou syntézou.³⁴

Příklady úspěšných laboratorních syntéz jsou uvedeny v tab. 3-8. Povšimněme si, že experiment provedený Matthewsem a Moserem poskytl ne méně než 12 proteinogenních aminokyselin.

Všech pět nukleových bází bylo syntetizováno v roztocích, které svým složením odpovídaly pravděpodobnému složení moří a jiných vodních zdrojů, nacházejících se zřejmě na prebiotické Zemi. Adenin byl získán, při zahřívání vodného roztoku kyanidu po několik dní na 90^oC.⁴⁶ Adenin a guanin byly syntetizovány působením UV na zředěné roztoky kyseliny kyanovodíkové.⁴⁷

Z pyrimidinů je cytosin produkován zahříváním vodného kyanoacetylenu s kyanátem na 100^oC po dobu jednoho dne, nebo sedmidenním stáním při pokojové teplotě.⁴⁸ Uracil se tvoří při zahřívání roztoku močoviny, kyseliny jablečné a polyfosforečné na 130^oC po dobu jedné hodiny.⁴⁹ nebo zahříváním vodného roztoku akrylonitrilu s močovinou na 135^OC.⁵⁰ Tato syntéza uracilu byla úspěšná, i když byl akrylonitril nahrazen ß-aminopropionitrilem nebo ß-aminopropionamidem. Kromě toho bylo zjištěno, že thymin se může tvořit při třídenním zahřívání uracilu s formaldehydem a hydrazinem ve vodném roztoku amoniaku . ⁵¹

Z uvedených experimentálních údajů by se mohlo zdát, že tvorba adeninu, eventuálně dalších heterocyklických bází, je poměrně snadná. Vzhledem k tomu, že adenin se tvoří nejsnadněji a je nejstabilnější, očekávali bychom, že bude hrát důležitou úlohu v živých systémech. A skutečně tomu tak je. Molekuly obsahující adenin, např. DNA, RNA, ATP, ADP, NAD, NADP, FAD a koenzym A, jsou jedny z biologicky nejdůležitějších molekul živých systémů.

Vysokoenergetické sloučeniny byly také prostředkem při syntéze cukrů. Již v roce 1861 bylo známo, že cukry mohou vznikat z formaldehydu ve zředěném vodném alkalickém roztoku.⁵² Od té doby byly touto metodou získány např. fruktóza, celobióza, xylulóza, galaktóza, manóza, arabinóza, ribóza, xylóza, lyxóza a ribulóza a mnohé další cukry. Byla však použita i pro přípravu dalších organických sloučenin jako glykolaldehydu, glyceraldehydu, dihydroxyacetonu a řady tetróz.⁵³ Deoxyribóza byla produkována reakcí formaldehydu a acetaldehydu v roztoku za teploty menší nebo rovné 50^OC. V těchto roztocích byl jako zásada použit oxid vápenatý nebo amoniak.⁵⁴ Ribóza byla také připravena varem formaldehydového roztoku s jílovým minerálem kaolinitem (hydratovaný hlinitokřemičitan) pod zpětným chladičem.⁵⁵

Souhrn

Jak vyplývá z tohoto přehledu, bylo při prebiotických experimentech získáno mnoho biomonomerů. Tyto působivé úspěchy zahrnují syntézu devatenácti z dvaceti proteinogenních aminokyselin, všech pěti heterocyklických bází tvořících nukleové kyseliny a několika hlavních cukrů včetně glukózy, ribózy a deoxyribózy. Byly připraveny i jiné pravděpodobné složky prebiotické polévky. Uvedené pokusy představují velmi důležitou část experimentální práce, podporující chemickou evoluční teorii. Tyto laboratorní výsledky jsou zdrojem optimistického pohledu na chemickou evoluci a mnoho vědců je proto skutečně přesvědčeno, že prebiotický oceán byl plný organických sloučenin. Např. John Keosian řekl:

Na základě všech současných experimentálních důkazů můžeme považovat za jisté, že v předbiologických dobách existovaly velmi rozmanité organické sloučeniny, z nichž je možné začít rekonstruovat vznik prvních živých organismů.⁵⁶

V podobném tónu poznamenal Richard Lemmon:

Výzkum objasnil, že tyto sloučeniny by se akumulovaly na prebiotické Zemi a že jejich vznik je nevyhnutelným výsledkem působení různých zdrojů energie, přítomných v tehdejší zemské atmosféře.⁵⁷

Literatura

Zpět     Dále