Preden se je na Zemlji pojavilo življenje, pred približno 3,5 milijarde let, so bili oceani juha molekul, ki so naključno skakali. Potem so se nekatere od teh molekul razvrstile v dobro organizirane nize DNK, zaščitne celične stene in drobne orgle podobne strukture, ki lahko ohranjajo celice žive in delujejo. Toda kako so dosegli to organizacijo, znanstveniki že dolgo osupnejo. Zdaj biofiziki z univerze Ludwig-Maximilians v Münchnu mislijo, da imajo odgovor: mehurčki.
Začetki življenja niso bili trenutni. Zgodnje molekule predhodnice se nekako spremenijo v gradnike življenja, kot so RNA, DNK, soli in lipidi. Nato so se te molekule organizirale, da so tvorile prve zgodnje različice celic, ki so nato postale prvi enocelični organizmi.
"To je osnova za vse žive vrste," je za Live Science povedal vodilni avtor študije Dieter Braun z univerze Ludwig-Maximilians.
Da bi se celice lahko oblikovale, se začnejo razmnoževati in si na prvotni Zemlji zaživeti svoje življenje, vendar so se vsi kemični deli najprej morali združiti, je dejal Braun.
V globokem oceanu, kjer mnogi znanstveniki mislijo, da je življenje začelo, so bile morda molekule, kot so lipidi, RNA in DNK; a kljub temu bi bili preveč razširjeni, da bi se kaj zanimivega zgodilo.
"Molekule se izgubijo. Razpršijo se," je dejal Braun. "Reakcije se ne bodo zgodile same od sebe."
Znanstveniki se strinjajo, da je bilo potrebno nekaj sile, da so se molekule združile in reagirale med seboj, je za Live Science povedal kemičar Henderson Cleaves s tokijskega tehnološkega inštituta. Raziskovalci se preprosto ne strinjajo, kakšna sila je bila.
Tam pridejo mehurčki.
Mehurčki so bili povsod v Zemljinem zgodnjem morju. Topli globokomorski vulkani so sprožali mehke plime. Tiste zračne krogle, naseljene na porozni vulkanski skali. To so bili pogoji, ki so jih Braun in njegovi sodelavci poskušali ponoviti. Iz poroznega materiala so ustvarili posodo, ki je posnemala teksturo vulkanske kamnine, nato pa so jo napolnili s šestimi različnimi rešitvami, ki so vsako oblikovale drugačno fazo v procesu oblikovanja življenja. Ena od rešitev, ki je predstavljala zgodnji korak, je vsebovala sladkor, imenovan RAO, ki bi bil potreben pri gradnji nukleotidov, gradnikov RNA in DNK. Druge rešitve, ki predstavljajo poznejše faze, so vsebovale samo RNA kot tudi maščobe, potrebne za gradnjo celičnih sten.
Nato so raziskovalci raztopino segrevali na enem koncu in jo ohladili na drugi. Ustvarjali so nekaj, imenovano "toplotni gradient", v katerem se temperatura postopoma spreminja od konca do konca, podobno kot se voda v bližini globokomorskih toplotnih prezračevanj postopoma spreminja iz vroče v hladno.
"To je kot mikro ocean," je dejal Braun.
V vsaki raztopini temperaturne spremembe prisilijo, da se molekule strdijo - in gravitirajo proti mehurčkom, ki se naravno tvorijo v teh pogojih. Skoraj takoj so začeli reagirati.
Sladkorji so tvorili kristale, nekakšno okostje za nukleotide RNK in DNK. Kisline so tvorile daljše verige in naredile nov korak k nastanku zapletenih molekul, podobnih RNK. Končno so se molekule razvrstile v strukture, ki so bile podobne preprostim celicam. V osnovnem smislu, je dejal Braun, so celice molekule, ki so v vrečah iz maščob. Prav to se je zgodilo na površini njegovih mehurčkov: Maščobe so se razporedile v krogle okoli RNA in drugih molekul.
Najbolj je presenetil Brauna in njegove sodelavce, kako hitro so se te spremembe zgodile v manj kot 30 minutah.
"Bil sem presenečen," je dejal. Čeprav je to prvič, da sta si skupaj s sodelavci posebej ogledala mehurčke, so raziskovalci že prej poskušali ponoviti, kako te biološke molekule doživljajo zapletene reakcije, potrebne za življenje. Običajno, je dejal, te reakcije trajajo več ur.
Nekateri kemiki pa so skeptični, da so Braunovi mehurčki natančen prikaz prvinskega okolja. Braun in njegovi sodelavci so svojo raztopino posejali z mnogimi kompleksnimi molekulami, potrebnimi za življenje. Tudi njihove najpreprostejše rešitve so še vedno predstavljale poznejše faze procesa oblikovanja življenja, je za Live Science povedal Ramanarayanan Krishnamurthy, kemik na oceanografski instituciji Scripps, ki ni bil vključen v študijo. To je nekoliko bolj peko torte s škatlasto mešanico, namesto da začnemo iz nič.
V nasprotju s tem starodavni oceani morda niso imeli pravih pogojev za tvorbo teh začetnih molekul, je dejal Krishnamurthy.
Poleg tega je eksperiment z mehurčki potekal v majhnem merilu. To je pomembno, saj pomeni, da je bila sprememba temperature z enega konca testa na drugega zelo nenadna. V resnici so toplotni gradienti pod oceanom postopni, je dejal Cleaves.
Kljub temu je Braun trdil, da je nekaj razlogov, zakaj so mehurčki idealno mesto za začetke življenja. Prvič, omogočajo popoln vmesnik med zrakom in vodo. Brez zraka se veliko reakcij, potrebnih za življenje, ne bi moglo zgoditi. Na primer, fosforilacija, reakcija, ki majhnim molekulam omogoča tvorjenje zapletenih molekulskih strun, se mora zgoditi vsaj delno suho. Znotraj mehurčkov to ni problem; čeprav so drobni, mehurčki zagotavljajo popolno okolje, da se te reakcije vsaj začasno izsušijo.
Vendar pa lahko igrajo še eno pomembno vlogo mehurčki: Ustvarijo red. V mirni vodi se molekule običajno širijo brez posebnega razporeditve. Mehurčki pa dajejo molekulam - in morda tudi začetkom življenja - nekaj, kar bi se lahko zapletlo v kaotičnem svetu.
