Σπάνιες Γαίες - Πεπτίδια και η Προέλευση της Ζωής
Δίκτυο αντιδράσεων που προκύπτει από την αντίδραση γλυοξυλικού και πυροσταφυλικού οξέος που προκαλείται από La3+, συμπεριλαμβανομένων μη ανιχνευμένων ενδιαμέσων με τις πιο πιθανές οδούς που αντιπροσωπεύονται από συμπαγή βέλη που απαιτούν είτε το ένα (άμεσο βέλος) είτε και τα δύο αντιδρώντα (το βέλος ξεκινά από το γκρι πλαίσιο). Τα χρώματα του πλαισίου είναι σύμφωνα με το αντίστοιχο χρωματισμό της ουσίας στα αναλυτικά δεδομένα (βλ. Σχήμα 1 και Συμπληρωματικές Πληροφορίες). Πανεπιστήμιο Heinrich-Heine, Ντίσελντορφ.
Τα στοιχεία από την ομάδα των σπάνιων γαιών έχουν μεγάλη σημασία σήμερα, ακόμη και σε τεχνικές εφαρμογές. Η ομάδα Βιοανόργανης Χημείας στο Πανεπιστήμιο Heinrich Heine του Ντίσελντορφ (HHU) διεξάγει ποικίλη έρευνα σχετικά με αυτά τα στοιχεία. Η ομάδα έχει πλέον δημοσιεύσει δύο μελέτες στο επιστημονικό περιοδικό Angewandte Chemie («Εφαρμοσμένη Χημεία»). Η μία εξετάζει πεπτίδια, τα οποία μπορούν να συνδεθούν με αυτά τα στοιχεία, ενώ η άλλη υπογραμμίζει τον πιθανό ρόλο των στοιχείων στην προέλευση της ζωής.
Η ομάδα των σπάνιων γαιών (ΣΓΕ) περιλαμβάνει συνολικά 17 στοιχεία, τα οποία διαθέτουν όλα παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Εκτός από τα δύο ελαφρύτερα στοιχεία, το σκάνδιο και το ύττριο, η ομάδα περιλαμβάνει επίσης το λανθάνιο, το δημήτριο και το νεοδύμιο, καθώς και το ραδιενεργό προμήθιο.
Το όνομα αυτής της ομάδας στοιχείων είναι παραπλανητικό, καθώς δεν είναι σπάνια στη Γη. Αντίθετα, τα αποθέματά τους κατανέμονται πολύ άνισα παγκοσμίως, γεγονός που τα καθιστά σημαντικά από παγκόσμιας πολιτικής άποψης. Οι σπάνιες ενώσεις γαιών (ΣΕΕ) είναι απαραίτητες για πολλές εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας - από smartphones και μαγνήτες (για παράδειγμα για ανεμογεννήτριες), έως καταλύτες και οπτικά εξαρτήματα.
Γραφική Περίληψη - Πανεπιστήμιο Heinrich-Heine του Ντίσελντορφ
Μεταξύ άλλων θεμάτων, η ομάδα Βιοανόργανης Χημείας της καθηγήτριας Δρ. Λένα Ντάουμαν εξετάζει πώς οι οργανισμοί μπορούν να απορροφήσουν στοιχεία σπάνιων γαιών. Στόχος είναι η ενδεχόμενη χρήση αυτών των διαδικασιών τεχνικά για την εξαγωγή των στοιχείων ή την ανακύκλωσή τους από παλιές συσκευές.
Στη μελέτη «Αντιστροφή της αλληλουχίας σύνδεσης μετάλλων της λανμοδουλίνης σε βραχέα πεπτίδια - Απροσδόκητα αυξάνει τη συγγένεια των λανθανιδίων», η ομάδα της Daumann - σε συνεργασία με το Κέντρο Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR) - επικεντρώνεται σε πρωτεΐνες βραχείας αλυσίδας (πεπτίδια) εμπνευσμένες από την πρωτεΐνη δέσμευσης REE, λανμοδουλίνη, που βρίσκεται στο βακτήριο Methylorubrum extorquens AM1. Τα νέα πεπτίδια που συντέθηκαν στο Ντίσελντορφ εμφανίζουν ισχυρή συγγένεια σύνδεσης για αυτήν την ομάδα στοιχείων.
Η χρήση του όρου «σπάνιες γαίες» αναφέρεται σε οποιοδήποτε υλικό που χρησιμοποιείται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Παρακάτω είναι μια λίστα με αυτές. Κανένα από αυτά δεν χρησιμοποιείται σε ηλιακές μπαταρίες με βάση το πυρίτιο ή μπαταρίες λιθίου. Το νεοδύμιο χρησιμοποιείται σε ανεμογεννήτριες.
Η Δρ. Sophie M. Gutenthaler-Tietze, κύρια συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορική στο Ινστιτούτο Daumann: «Η ανάπτυξη αυτών των βραχέων πεπτιδίων στην πραγματικότητα προέρχεται από ένα σφάλμα σύνθεσης. Αντιστρέψαμε κατά λάθος την αλληλουχία των αμινοξέων στο πεπτίδιο σε σύγκριση με εκείνα στη φυσική πρωτεΐνη λανμοδουλίνη. Είναι ενδιαφέρον ότι τα πεπτίδια που δημιουργούνται με αυτόν τον τρόπο εμφανίζουν μια συγγένεια για τα στοιχεία σπανίων γαιών, η οποία είναι μία τάξη μεγέθους υψηλότερη από τα φυσικά τους αντίστοιχα».
Μαζί με τους συναδέλφους από το Dresden-Rossendorf, οι ερευνητές εντόπισαν δομικά μοτίβα, τα οποία ευθύνονται για το υψηλό επίπεδο συγγένειας. Daumann: «Σε αυτή τη βάση, βελτιστοποιήσαμε περαιτέρω τη συγγένεια και καταφέραμε να την ωθήσουμε στο χαμηλό νανομοριακό εύρος. Τα εξεταζόμενα πεπτίδια αποτελούν την ιδανική βάση για την ανάπτυξη βιώσιμων, βιο-εμπνευσμένων μεθόδων ανακύκλωσης για τα στοιχεία σπανίων γαιών. Ανακτώντας πόρους που έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί, όχι μόνο μειώνουμε την επιβάρυνση του περιβάλλοντος, αλλά αυξάνουμε και την ανεξαρτησία μας από τις πρώτες ύλες».
Η δεύτερη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Angewandte Chemie, με τίτλο «Επιρροή των Στοιχείων Σπάνιων Γαιών σε Δίκτυα Πρεβιοτικών Αντιδράσεων που Μοιάζουν με τον Βιολογικά Σχετικό Κύκλο του Krebs», εστιάζει σε μια εντελώς διαφορετική πτυχή των στοιχείων σπάνιων γαιών, δηλαδή στον ρόλο τους στην εμφάνιση της πρώιμης ζωής στη Γη.
Πριν από περισσότερα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια στην αβιοτική Γη, μικρά οργανικά δομικά στοιχεία άρχισαν να αντιδρούν μεταξύ τους υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Σχηματίζουν ολοένα και πιο πολύπλοκες δομές, τους προδρόμους των βιολογικών μακρομορίων. Είναι πολύ πιθανό μέταλλα όπως ο σίδηρος να έπαιξαν βασικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία ως καταλύτες. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, δεν έχει εξεταστεί σχεδόν καθόλου η πιθανότητα τα στοιχεία σπάνιων γαιών να ήταν επίσης σημαντικά σε αυτή τη διαδικασία.
Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Jonathan Gutenthaler-Tietze λέει: «Για πρώτη φορά, εξετάσαμε συστηματικά εάν αυτά τα στοιχεία διευκολύνουν τις αντιδράσεις σε ένα πρεβιοτικό σενάριο. Και τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν στην πραγματικότητα να μετριάσουν βασικές χημικές αντιδράσεις. Ξεκινώντας με το γλυοξυλικό και το πυροσταφυλικό, δύο απλά οργανικά οξέα που θεωρούνται πιθανά αρχικά υλικά για την πρώιμη ζωή, εντοπίσαμε 7 από τα 11 ενδιάμεσα του βιολογικού «κύκλου του Krebs» παρουσία των στοιχείων σπάνιων γαιών». Ο κύκλος του Krebs είναι ένα κεντρικό συστατικό του ενεργειακού μεταβολισμού όλων των ζωντανών πλασμάτων. Οι αντιδράσεις σχημάτισαν ένα πολύπλοκο δίκτυο με πολυάριθμες συνδέσεις.
Ντάουμαν: «Οι ιοντικές ακτίνες των σπάνιων γαιών είναι το κλειδί για την αντιδραστικότητά τους. Σημειώσαμε επίσης ότι ακόμη και πολύ μικρές συγκεντρώσεις είναι ήδη επαρκείς για να έχουν σημαντική επίδραση στο δίκτυο αντιδράσεων. Τα αποτελέσματα φέρνουν έτσι στο επίκεντρο της πρεβιοτικής έρευνας μια προηγουμένως υποτιμημένη ομάδα στοιχείων.»
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα astrobiology
περισσότερα,
Πανεπιστήμιο Χάινριχ-Χάινε του Ντίσελντορφ
https://astrobiology.com/2025/12/rare-earth-elements-of-peptides-and-the-origins-of-life.html