ラボで初期の地球環境をシミュレートした結果、特定のアミノ酸がなければ、古代のタンパク質は植物、動物、ヒトなど、現在地球上で生きているすべてのものに進化する方法を持たなかったことを発見した。この発見は、アミノ酸が古代の微生物の遺伝暗号をどのように形成したかを詳細に示すもので、地球上で生命がどのように誕生したかという謎に光を当てるものだ。
「ヒトからバクテリア、古細菌まで、全ての生物に同じアミノ酸が見られる。我々は、その祖先がなぜアミノ酸を獲得したのか形成のイベントを描いているのだ。」とジョンズ・ホプキンス大学の化学者で、チェコのカレル大学の科学者と共同研究を行ったスティーブン・フリード博士は語っている。
この研究成果は、2023年2月24日、Journal of the American Chemical Societyに掲載され、「アミノ酸アルファベットの初期選択は、折りたたみ性の生物物理学的制約によって適応的に形作られた（Early Selection of the Amino Acid Alphabet Was Adaptively Shaped by Biophysical Constraints of Foldability）」と題されている。
研究者らは地球上に生命が誕生する前に大量に存在していたアミノ酸の代替品を用いて、40億年前の原始的なタンパク質合成を模倣した。
その結果、古代の有機化合物が、タンパク質の折り畳みに最適なアミノ酸を生化学に組み込んでいることがわかった。つまり、生命が地球上で繁栄したのは、古代の生息地で一部のアミノ酸が入手可能で簡単に作れたからではなく、一部のアミノ酸が、タンパク質が特定の形をとって重要な機能を果たすのを助けるのに特に優れていたからだと考えられる。
フリード博士は、「タンパク質の折り畳みは、基本的に、我々の惑星に生命が存在する前から、進化を可能にしていたのだ。生物ができる前から進化をすることができ、DNAができる前から生命に有用な化学物質の自然淘汰をすることができたのだ。」と述べている。
原初の地球には何百ものアミノ酸があったにもかかわらず、すべての生物は同じ20種類のアミノ酸を使用している。フリード博士はこの20種類のアミノ酸を "カノニカル"と呼んでいる。しかし、科学はこの20種類のアミノ酸の何が特別なのかを特定するのに苦労してきた。
最初の10億年、地球の大気にはアンモニアや二酸化炭素などのガスが存在し、紫外線と反応して、よりシンプルなアミノ酸が作られた。また、隕石によってもたらされたものもあり、さまざまな成分が混ざり合って、地球上の生命は10種類の"初期"のアミノ酸を完成させた。
残りのアミノ酸がどのようにして生まれたのかは未解決の問題で、フリード博士のチームはこの新しい研究でその答えを出そうとしている。特に、隕石がもたらしたものは、"現代"のアミノ酸だけではないのだ。
「我々は、カノニカルアミノ酸の何がそんなに特別だったのかを見つけようとしている。何か特別な理由で選ばれたのだろうか？」
科学者らは、地球が46億年前に誕生し、DNA、タンパク質、その他の分子が単純な生物を形成し始めたのは38億年前であると推定している。今回の研究は、その間に何が起こったのかという謎に迫る新たな手がかりを提供するものだ。
「ダーウィン的な進化を遂げるには、DNAやRNAなどの遺伝分子をタンパク質に変えるという高度な方法が必要だ。しかし、DNAの複製にはタンパク質も必要であり、鶏と卵の関係だ。」とフリード博士は述べている。「我々の研究は、ダーウィン進化以前に、自然が有用な特性を持つビルディングブロックを選択することができたことを示している。」
科学者らは、地球から遠く離れた小惑星にアミノ酸を発見し、これらの化合物が宇宙の他の隅々にまで存在することを示唆した。そのため、フリード博士は、この新しい研究が、地球外の生命を発見する可能性にも影響するのではないかと考えている。
「宇宙はアミノ酸が大好きなようだ 」とフリード博士は言う。「違う惑星で生命を見つけたとしても、それほど違いはないのかもしれない。」
