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, které jsou rozhodující 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, jenž obsahoval syntetizované kvantové tečky na 180˚ C a zároveň na roztok působili UV zářením. Pomocí hmotnostní spektrometrie a kapilární elektroforézy prokázali, že výrazně stoupla výtěžnost nukleových bází. Prokázalo se, že kvantové tečky fungují jako katalyzátor pozvolného vzniku základních bází nukleových kyselin, a tudíž 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

Ve 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), jež jsou schopny 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, které prokázaly, 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.ferus@jh-inst.cas.cz

Ing. Lukáš Nejdl, Ph.D.
Ústav chemie a biochemie Mendelovy univerzity v Brně
lukasnejdl@gmail.com

Přečtěte si také

• Postavení žen v české vědě je nejhorší ze všech zemí EU
• Do Akademie věd míří hned čtyři prestižní ERC granty
• Nebezpečné látky v elektronických cigaretách poškozují ochrannou vrstvu plic
• Jak podpořit přírodní rozmanitost? Dutiny vytvořené v mladých dubech pomáhají ohroženým druhům
• PRAK urychluje přenos vědy do praxe už třetím rokem, připravil Inovační fórum
• AV ČR ocenila výzkumy, které přispívající k prestiži české vědy ve světě
• Invazní ekologové BÚ AV ČR opět na seznamu nejcitovanějších vědců
• Memorandum: UK, AV ČR a UPOL posílí svou institucionální odolnost
• Proba-3 – pravidelné zatmění Slunce díky přesnému letu ve formaci
• Monografie rozkrývá vztahy mezi uměním a politikou v meziválečném Československu