Mielőtt megjelent a földi élet, körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt, az óceánok véletlenszerűen mozgatható molekulák levesét képezték. Ezután valamilyen módon ezek a molekulák a DNS jól szervezett húrjaiba, védő sejtfalakba és apró szervszerű struktúrákba rendeződtek, amelyek képesek a sejteket életben tartani és működni. De az, hogy miként valósították meg ezt a szervezetet, régóta zavarba hozta a tudósokat. A müncheni Ludwig-Maximilians Egyetem biofizikai véleménye szerint választ kapnak: buborékok.
Az élet kezdete nem volt pillanatnyi. A korai prekurzormolekulák valamilyen módon átalakulnak az élet építőkövei, mint például RNS, DNS, sók és lipidek. Ezután a molekulák úgy szerveződtek, hogy a sejtek első korai változatát képezzék, amelyek később az első egysejtű organizmusokká váltak.
"Ez az összes élő faj alapja" - mondta a Live Science-nek Dieter Braun, a Ludwig-Maximilians Egyetem, a tanulmány vezető szerzője.
Braun szerint a sejtek kialakulásához, replikációjának megkezdéséhez és saját életük megvitatásához az ősi Földön kell lennie.
A mély óceánban, ahol sok tudós úgy gondolja, hogy az élet megkezdte a kezdeteket, lehetnek molekulák, például lipidek, RNS és DNS; de még így is túl szétszóródtak volna, hogy bármi érdekes történhessen.
"A molekulák elvesznek. Diffundálnak" - mondta Braun. "A reakciók nem csak önmagukban történnek meg."
A tudósok egyetértenek abban, hogy némi erőre van szükség ahhoz, hogy a molekulák aggregálódjanak és egymással reagáljanak - mondta Henderson Cleaves, a Tokiói Technológiai Intézet vegyészete a Live Science-nek. A kutatók egyszerűen nem értenek egyet azzal, hogy mi az erő.
Itt jönnek buborékok.
Buborékok voltak mindenhol a Föld korai tengeri tájképében. A meleg, mélytengeri vulkánok szénsavas füstöket robbantottak fel. Azok a levegős gömbök a porózus vulkáni kőzeten telepedtek le. Ezeket a feltételeket Braun és kollégái megpróbálták megismételni. Egy porózus anyagból edényt készítettek, amely utánozta a vulkáni kőzet textúráját, majd azt hat különféle megoldással töltötte meg, mindegyik az életképző folyamat különböző szakaszát modellezve. Az egyik megoldás, amely egy korai lépést képvisel, egy RAO nevű cukrot tartalmazott, amelyre szükség lett volna a nukleotidok, az RNS és a DNS építőkövei létrehozásában. A későbbi szakaszokat képviselő egyéb megoldások magát az RNS-t, valamint a sejtfalak felépítéséhez szükséges zsírokat tartalmazták.
Ezután a kutatók egyik oldalán melegítették az oldatot, a másik oldalon pedig lehűtötték. Olyan termékeket hoztak létre, amelyeket úgynevezett „termikus gradiens” -nek hívnak, amelynek során a hőmérséklet fokozatosan változik az egyik végről a másikra, hasonlóan ahhoz, ahogyan a mélytengeri termikus szellőzőnyílások közelében lévő víz fokozatosan melegről hidegre változik.
- Olyan, mint egy mikro-óceán - mondta Braun.
Mindegyik oldatban a hőmérséklet-változás kényszeríti a molekulákat összepattantásra - és azok felé mutatnak a buborékok felé, amelyek természetesen képesek ilyen körülmények között. Szinte azonnal reagálni kezdtek.
A cukrok kristályokat képeznek, egyfajta váz az RNS és a DNS nukleotidok számára. A savak hosszabb láncokat képeztek, és újabb lépést tettek a komplex, RNS-szerű molekulák kialakulása felé. Végül a molekulák olyan struktúrákba rendeződtek, amelyek hasonlítanak az egyszerű sejtekhez. Alapvető értelemben - mondta Braun - a sejtek zsírokból készült zacskókba burkolt molekulák. Pontosan ez történt a buborékok felületén: A zsírok az RNS és más molekulák körül elhelyezkedő gömbökbe rendeződtek.
Braun és kollégái számára a legmeglepőbb: azt mondta, hogy ezek a változások milyen gyorsan haladtak meg 30 perc alatt.
"Csodálkoztam" - mondta. Noha ez az első alkalom, hogy kollégáival kifejezetten a buborékokra nézett, a kutatók korábban megpróbálták megismételni, hogy ezek a biológiai molekulák hogyan mennek keresztül az élethez szükséges összetett reakciókon. Általában - mondta - ezek a reakciók órákat vesznek igénybe.
Egyes kémikusok azonban szkeptikusak abban, hogy Braun buborékok az ősi környezet pontos ábrázolása. Braun és munkatársai az élethez szükséges komplex molekulák sokaságával oltották megoldásukat. Még a legegyszerűbb megoldások is képviselik az élet kialakulásának későbbi szakaszát, mondta a Live Science-nek Ramanarayanan Krishnamurthy, a Scripps Oceanicography Intézet vegyésze, aki nem vett részt a tanulmányban. Kicsit olyan, mint egy sütemény sütése dobozos keverékkel, ahelyett, hogy a semmiből indulna.
Ezzel szemben az ókori óceánok nem rendelkeztek a megfelelő feltételekkel ezen kezdeti molekulák kialakításához - mondta Krishnamurthy.
Ráadásul a buborékkísérletre apró méretben került sor. Ez fontos, mert azt jelenti, hogy a hőmérséklet hőmérséklete a vizsgálat egyik végétől a másikig nagyon hirtelen változott. A valóságban az óceán alatti termikus gradiensek fokozatosabbak - mondta Cleaves.
Ennek ellenére Braun azt állította, hogy néhány oka van annak, hogy miért lehetnek a buborékok az ideális hely az élet kezdetéhez. Először is tökéletes kapcsolatot biztosítanak a levegő és a víz között. Levegő nélkül az élethez szükséges sok reakció nem fordulhat elő. Például a foszforilezésre, amely egy olyan reakció, amely lehetővé teszi a kis molekulák számára, hogy komplex molekuláris szálakat képezzenek, legalább részben száraz körülmények között kell megtörténnie. A buborékokon belül ez nem jelent problémát; annak ellenére, hogy apróak, a buborékok biztosítják a tökéletes környezetet ezeknek a reakcióknak, legalább ideiglenesen.
De van egy másik fontos szerep, amelyet a buborékok játszhatnak: Rendet teremtenek. A csendes vízben a molekulák jellemzően speciális elrendezés nélkül oszlanak el. A buborékok azonban adnak molekuláknak - és talán az élet kezdeteinek - valamit, amire ragaszkodhatnak egy kaotikus világban.
