O původu homochirality na Zemi

Přírodu si lze představit jako sled opakujících se reakcí, které dávají vzniknout jenom některým druhům organických sloučenin. Homochiralita v tomto kontextu znamená, že jsme složeni převážně z L-aminokyselin a D-cukrů. Otázkou, kterou se budeme v tomto článku zabývat, je, proč tomu není přesně naopak. Mohl kdysi vzniknout zrcadlový obraz dnešní přírody? Nebyla to náhoda, která rozhodla o současné podobě přírodních organických sloučenin?

Zeptáte-li se organického chemika na definici života, jak to tu na Zemi vlastně všechno začalo, většinou odpoví téměř bez váhání, že jde o autokatalýzu. Slovo autokatalýza znamená, že produkt katalyzuje vznik sebe samého z výchozích látek. Jakým způsobem vznikly na Zemi jednoduché organické látky z neorganických, si lze představit a simulovat, rozumějte zopakovat, experimentem, v tom problém netkví. Problém je v tom, že se neví, jak vypadalo první reakční prostředí malých organických molekul, co byly ty první (mikro)reaktory, kde probíhaly další a další následné reakce, které byly opakovaně vystavovány různým podmínkám, a kde docházelo k výměně materiálu. To ještě nikdo rozumně nenavrhl. V laboratoři je to chemik, který smíchá dvě látky dohromady, ony spolu zreagují, dosáhnou rovnováhy. Potom chemik produkt oddělí z reakční směsi, přidá k němu další výchozí látku a celý proces opakuje tak dlouho, až se dostane ke kýžené finální sloučenině. U reakcí, které probíhají ve vodě, lze jen omezeně měnit reakční čas teplotou (omezením je bod varu vody). Lze ale urychlit jejich nasazení, čili nemusíme čekat na zemětřesení (látka změní lokaci), den a noc (fotochemie probíhá a neprobíhá), úder blesku (termální šok), vysychání jezírka (změna rozpouštědla), proudění v podmořském sopečném komíně (přísun reaktantů), abychom je vytrhli z rovnováhy. Jak tento proces ale probíhal kdysi dávno na Zemi? To je pro mě ta největší záhada, když uvažuji o vzniku života na naší planetě.

Zrcadlové obrazy sloučeniny se odborně nazývají enantiomery. ʟ/ᴅ označení, o který enantiomer se jedná, se používá pouze pro cukry a aminokyseliny. U ostatních organických látek se používá R-enantiomer, S-enantiomer. Slovo chirální znamená, že sloučenina má zrcadlové obrazy (enantiomery), které nejsou ztotožnitelné, podobně jako si nespletete pravou a levou ruku. Peptidy vznikají tvorbou amidických vazeb mezi aminokyselinami. Na obrázku je znázorněn peptid vzniklý ze dvou molekul ʟ-alaninu.

Pokud přijmeme hypotézu, že prebiotická chemie dala vzniknout biologii, můžeme spekulovat, proč jsme složeni z ʟ-aminokyselin a ᴅ-cukrů, a ne naopak. Pokud vývoj života tedy vidíme jako jednu velkou autokatalytickou reakci, která si vybírá a tvoří jenom nějaké organické látky, potom si lze představit, že se ten systém vydal jedním směrem a že na Zemi začaly převládat ʟ‑aminokyseliny a ᴅ-cukry (obr. 1).