Перед тим, як виникло життя на Землі, приблизно 3,5 мільярда років тому, Світовий океан був супом випадково стрибнутих молекул. Потім якось деякі з цих молекул розташовувались у добре організованих струнах ДНК, захисних клітинних стінках та крихітних органоподібних структурах, здатних підтримувати клітини живими та функціонуючими. Але те, як вони здійснили цю організацію, давно збентежило вчених. Зараз біофізики з університету Людвіга-Максиміліана в Мюнхені вважають, що вони мають відповідь: бульбашки.
Початки життя не були миттєвими. Молекули раннього попередника якимось чином трансформуються в будівельні блоки життя, як РНК, ДНК, солі та ліпіди. Потім ці молекули організувались для формування перших ранніх версій клітин, які потім стали першими одноклітинні організмами.
"Це основа для всіх живих видів", - сказав Дітер Браун з Університету Людвіга-Максиміліанса, провідний автор дослідження, розповів Live Science.
Для того, щоб клітини сформувалися, почніть реплікацію і продовжуйте своє життя на споконвічній Землі, однак усі хімічні частини спочатку були необхідні для об'єднання, сказав Браун.
У глибокому океані, де багато вчених думають, що життя почалося, молекули, як ліпіди, РНК та ДНК, можливо, були присутні; але навіть так, вони були б надто розповсюджені, щоб щось цікаве не трапилось.
"Молекули втрачаються. Вони дифундують", - сказав Браун. "Реакції не відбудуться самі собою".
Вчені сходяться на думці, що молекули були потрібні певна сила для агрегації та реакції одна з одною. Про це "Live Science" розповів хімік з Токійського технологічного інституту Хендерсон Клівз. Дослідники просто не згодні, що це за сила.
Ось куди потрапляють бульбашки.
Бульбашки були скрізь у ранньому морському пейзажі Землі. Теплі, глибоководні вулкани вибухнули газованими плинами. Ті повітряні кулі, розташовані на пористої вулканічній скелі. Це були умови, які Браун та його колеги прагнули повторити. Вони створили посудину з пористого матеріалу, який імітував текстуру вулканічної породи, а потім наповнював її, в свою чергу, шістьма різними рішеннями, кожен з яких моделював різну стадію життєтворчого процесу. Одне рішення, що представляло собою ранній етап, містило цукор під назвою RAO, який був би необхідний для побудови нуклеотидів, будівельних блоків РНК та ДНК. Інші розчини, що представляють пізніші стадії, містили саму РНК, а також жири, необхідні для побудови клітинних стінок.
Потім дослідники нагрівали розчин з одного кінця і охолоджували його з іншого. Вони створювали щось, що називалося "тепловим градієнтом", при якому температура поступово змінюється від одного кінця до іншого, подібно до того, як вода поблизу глибоководних теплових отворів поступово змінюється від гарячої до холодної.
"Це як мікроокеан", - сказав Браун.
У кожному розчині зміна температури змушує молекули збиватися - і вони тяжіють до бульбашок, які природним чином утворюються в цих умовах. Майже одразу вони почали реагувати.
Цукри утворювали кристали, своєрідний скелет для нуклеотидів РНК та ДНК. Кислоти утворювали довші ланцюги, роблячи ще один крок до утворення складних, РНК-подібних молекул. Нарешті, молекули розташовувались у структури, що нагадували прості клітини. В основному сенсі, сказав Браун, клітини - це молекули, укладені в мішки з жирами. Саме це сталося на поверхні його бульбашок: Жири розташувалися в сферах навколо РНК та інших молекул.
Найбільше дивно для Брауна та його колег, за його словами, було те, наскільки швидко відбулися ці зміни за менше 30 хвилин.
"Я був вражений", - сказав він. Хоча він і його колеги вперше спеціально розглядають бульбашки, раніше дослідники намагалися повторити, як ці біологічні молекули проходять складні реакції, необхідні для життя. Зазвичай, за його словами, ці реакції займають години.
Деякі хіміки скептично налаштовані, що бульбашки Брауна є точним зображенням споконвічного середовища. Браун та його колеги посіяли свій розчин багатьма складними молекулами, необхідними для життя. Навіть їх найпростіші рішення все ж представляли пізніші етапи життєтворчого процесу, розповів Раманараянанан Кришнамурті, хімік Інституту океанографії Скриппса, який не брав участі в дослідженні. Це трохи схоже на те, щоб випікати торт із коробкою, а не починати з нуля.
На противагу цьому, стародавні океани, можливо, не мали належних умов для формування цих початкових молекул, сказав Кришнамурті.
Плюс експеримент з бульбашками пройшов у крихітних масштабах. Це важливо, адже це означає, що зміна температури від одного кінця тесту до другого була дуже різкою. Насправді теплові градієнти під океаном є більш поступовими, сказав Клівз.
Проте Браун стверджував, що є кілька причин, через які бульбашки можуть бути ідеальним місцем для початку життя. По-перше, вони забезпечують ідеальний інтерфейс між повітрям і водою. Без повітря багато реакцій, необхідних для життя, не могли б відбутися. Наприклад, фосфорилювання, реакція, яка дозволяє малим молекулам утворювати складні молекулярні струни, повинна відбуватися принаймні частково сухими умовами. Всередині бульбашок це не проблема; незважаючи на те, що вони крихітні, бульбашки забезпечують ідеальне середовище для пересихання цих реакцій хоча б тимчасово.
Але є ще одна важлива роль, яку можуть грати бульбашки: вони створюють порядок. У нерухомій воді молекули зазвичай розтікаються без особливого розташування. Бульбашки, однак, дають молекулам - а можливо, і початки життя - щось чіплятися в хаотичному світі.
