Πριν εμφανιστεί η ζωή στη Γη, πριν από περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, οι ωκεανοί ήταν μια σούπα τυχαία μπερδεμένων μορίων. Στη συνέχεια, κάπως, μερικά από αυτά τα μόρια τοποθετήθηκαν σε καλά οργανωμένες σειρές DNA, προστατευτικά κυτταρικά τοιχώματα και μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με όργανα ικανές να κρατήσουν ζωντανά και λειτουργικά τα κύτταρα. Όμως, πόσο επιτυγχάνουν αυτή η οργάνωση έχει μακροχρόνια αμηχανία επιστήμονες. Τώρα, οι βιοφυσικοί στο Πανεπιστήμιο Ludwig-Maximilians του Μονάχου πιστεύουν ότι έχουν μια απάντηση: φυσαλίδες.
Οι αρχές της ζωής δεν ήταν στιγμιαίες. Τα πρώιμα πρόδρομα μόρια μεταμορφώθηκαν με κάποιο τρόπο στα δομικά στοιχεία της ζωής, όπως το RNA, το DNA, τα άλατα και τα λιπίδια. Στη συνέχεια, αυτά τα μόρια οργανώνονται για να σχηματίσουν τις πρώτες πρώτες εκδόσεις των κυττάρων, οι οποίες στη συνέχεια έγιναν οι πρώτοι μονοκύτταροι οργανισμοί.
"Αυτή είναι η βάση για όλα τα ζωντανά είδη", δήλωσε ο Dieter Braun του Πανεπιστημίου Ludwig-Maximilians, ο κύριος συγγραφέας της μελέτης, στο Live Science.
Για να σχηματίσουν τα κύτταρα, να αρχίσουν να αναπαράγουν και να αναλάβουν μια δική τους ζωή στην αρχέγονη Γη, όλα τα χημικά μέρη έπρεπε πρώτα να έρθουν μαζί, είπε ο Braun.
Στους βαθιούς ωκεανούς, όπου πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η ζωή έχει ξεκινήσει, μόρια όπως τα λιπίδια, το RNA και το DNA μπορεί να ήταν παρόντα. αλλά ακόμα και έτσι, θα ήταν πολύ απλωμένα για κάτι ενδιαφέρον να συμβεί.
"Τα μόρια χάνονται, διαχέονται," είπε ο Braun. "Οι αντιδράσεις δεν θα συμβούν μόνοι τους."
Οι επιστήμονες συμφωνούν ότι κάποια δύναμη ήταν απαραίτητη για να συσσωματωθούν και να αντιδράσουν τα μόρια μεταξύ τους, δήλωσε ο Henderson Cleaves, χημικός στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Τόκιο, στο Live Science. Οι ερευνητές δεν συμφωνούν απλώς τι ήταν αυτή η δύναμη.
Εκεί μπαίνουν φυσαλίδες.
Οι φυσαλίδες ήταν παντού στην πρώιμη θαλασσογραφία της Γης. Τα ζεστά, βαθιά θαλασσινά ηφαίστεια έφεραν αχνιστές μάζες. Αυτά τα αερόβια σφαίρα, που εγκαταστάθηκαν στον πορώδη ηφαιστειακό βράχο. Αυτές ήταν οι συνθήκες που ο Braun και οι συνάδελφοί του προσπάθησαν να αναπαραγάγουν. Δημιούργησαν ένα σκάφος από ένα πορώδες υλικό που μιμούνται την υφή του ηφαιστειακού πετρώματος και στη συνέχεια το γεμίζουν με έξι διαφορετικές λύσεις, εκάστη μοντελοποιώντας ένα διαφορετικό στάδιο στη διαδικασία σχηματισμού ζωής. Μια λύση, που αντιπροσωπεύει ένα πρώτο βήμα, περιείχε μια ζάχαρη που ονομάζεται RAO, η οποία θα ήταν απαραίτητη για την κατασκευή νουκλεοτιδίων, τα δομικά στοιχεία του RNA και του DNA. Άλλες λύσεις, που αντιπροσωπεύουν τα μεταγενέστερα στάδια, περιείχαν το ίδιο το RNA, καθώς και τα λίπη που ήταν απαραίτητα για την κατασκευή κυτταρικών τοιχωμάτων.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές θερμαίνουν τη λύση στο ένα άκρο και ψύχονται από την άλλη. Δημιούργησαν κάτι που ονομάζεται "θερμική κλίση", στην οποία η θερμοκρασία μεταβάλλεται σταδιακά από το ένα άκρο σε άλλο, παρόμοια με τον τρόπο που το νερό κοντά στα θερμικά ανοίγματα βαθιάς θάλασσας σταδιακά αλλάζει από ζεστό σε κρύο.
"Είναι σαν ένα μικρό ωκεανό", δήλωσε ο Braun.
Σε κάθε λύση, η μεταβολή της θερμοκρασίας αναγκάζει τα μόρια να συσσωρεύονται - και βαρύνονται προς τις φυσαλίδες που σχηματίζονται φυσικά κάτω από αυτές τις συνθήκες. Σχεδόν αμέσως, άρχισαν να αντιδρούν.
Τα σάκχαρα σχημάτιζαν κρυστάλλους, ένα είδος σκελετού για νουκλεοτίδια RNA και DNA. Τα οξέα σχημάτισαν μακρύτερες αλυσίδες, κάνοντας ένα ακόμη βήμα προς το σχηματισμό πολύπλοκων μορίων τύπου RNA. Τέλος, τα μόρια τοποθετήθηκαν σε δομές που μοιάζουν με απλά κύτταρα. Με μια βασική έννοια, λέει ο Braun, τα κύτταρα είναι μόρια εγκλεισμένα σε σάκους από λίπη. Αυτό ακριβώς συνέβη στην επιφάνεια των φυσαλίδων του: Λίπη τοποθετήθηκαν σε σφαίρες γύρω από το RNA και άλλα μόρια.
Το πιο περίεργο για τον Braun και τους συναδέλφους του, είπε, ήταν το πόσο γρήγορα συνέβησαν αυτές οι αλλαγές, σε λιγότερο από 30 λεπτά.
«Ήμουν έκπληκτος», είπε. Αν και αυτή είναι η πρώτη φορά που ο ίδιος και οι συνάδελφοί του έχουν εξετάσει συγκεκριμένα τις φυσαλίδες, οι ερευνητές έχουν προσπαθήσει στο παρελθόν να αντιγράψουν πώς αυτά τα βιολογικά μόρια υφίστανται τις περίπλοκες αντιδράσεις που απαιτούνται για τη ζωή. Κανονικά, είπε, αυτές οι αντιδράσεις χρειάζονται ώρες.
Ορισμένοι χημικοί είναι σκεπτικοί, ωστόσο, ότι οι φυσαλίδες του Braun είναι μια ακριβής αναπαράσταση του πρωταρχικού περιβάλλοντος. Ο Braun και οι συνάδελφοί του έβαλαν τη λύση τους με πολλά από τα σύνθετα μόρια που απαιτούνται για τη ζωή. Ακόμα και οι πιο απλές λύσεις τους αντιπροσώπευαν τα μεταγενέστερα στάδια της διαδικασίας διαμόρφωσης της ζωής, ο Ramanarayanan Krishnamurthy, ένας χημικός στο ίδρυμα Ωκεανογραφίας Scripps που δεν συμμετείχε στη μελέτη, είπε στη Live Science. Αυτό είναι λίγο σαν να ψήνουμε ένα κέικ με ένα μείγμα κιβωτίων, αντί να ξεκινάμε από το μηδέν.
Αντίθετα, οι αρχαίοι ωκεανοί μπορεί να μην είχαν τις κατάλληλες συνθήκες για να σχηματίσουν αυτά τα αρχικά μόρια, είπε ο Krishnamurthy.
Επιπλέον, το πείραμα φούσκας έλαβε χώρα σε μικρή κλίμακα. Αυτό είναι σημαντικό, γιατί σημαίνει ότι η αλλαγή θερμοκρασίας από το ένα άκρο της δοκιμής στην άλλη ήταν πολύ απότομη. Στην πραγματικότητα, οι θερμικές κλίσεις κάτω από τον ωκεανό είναι πιο σταδιακές, λέει ο Cleaves.
Ακόμα, ο Braun υποστήριξε ότι υπάρχουν μερικοί λόγοι για τους οποίους οι φυσαλίδες μπορεί να είναι το ιδανικό μέρος για τις αρχές της ζωής. Πρώτον, παρέχουν μια τέλεια διασύνδεση μεταξύ αέρα και νερού. Χωρίς αέρα, πολλές από τις αντιδράσεις που είναι απαραίτητες για τη ζωή δεν θα μπορούσαν να συμβούν. Για παράδειγμα, η φωσφορυλίωση, μια αντίδραση που επιτρέπει στα μικρά μόρια να σχηματίσουν περίπλοκες μοριακές χορδές, πρέπει να συμβαίνει υπό τουλάχιστον εν μέρει ξηρές συνθήκες. Μέσα στις φυσαλίδες, αυτό δεν είναι πρόβλημα. παρόλο που είναι μικροσκοπικά, οι φυσαλίδες παρέχουν το τέλειο περιβάλλον για αυτές τις αντιδράσεις να στεγνώσουν, τουλάχιστον προσωρινά.
Αλλά υπάρχει και ένας άλλος σημαντικός ρόλος που μπορούν να παίξουν οι φυσαλίδες: Δημιουργούν τάξη. Σε νεκρά ύδατα, τα μόρια συνήθως απλώνονται χωρίς ιδιαίτερη διάταξη. Οι φυσαλίδες, ωστόσο, δίνουν μόρια - και ίσως οι αρχές της ζωής - κάτι που πρέπει να προσκολληθεί σε έναν χαοτικό κόσμο.
