Pirms dzīvības parādīšanās uz Zemes, apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu, okeāni bija nejauši izlekušu molekulu zupa. Tad kaut kā dažas no šīm molekulām sakārtojās labi organizētās DNS virknēs, aizsargājošās šūnu sienās un sīkās, orgāniem līdzīgās struktūrās, kas spēj uzturēt šūnas dzīvas un darboties. Bet tas, kā viņi izpildīja šo organizāciju, zinātniekus jau sen satrauc. Tagad Minhenes Ludviga-Maksimiliāna universitātes biofiziķi domā, ka viņiem ir atbilde: burbuļi.
Dzīves sākumi nebija uzreiz. Agrīnās prekursoru molekulas kaut kādā veidā tiek pārveidotas par dzīves pamatakmeņiem, piemēram, RNS, DNS, sāļiem un lipīdiem. Tad šīs molekulas organizējās, lai veidotu pirmās agrīnās šūnu versijas, kuras pēc tam kļuva par pirmajiem vienšūnu organismiem.
"Tas ir pamats visām dzīvajām sugām," Liveter pastāstīja pētījuma galvenais autors Dīters Brauns no Ludviga-Maksimiliāna universitātes.
Lai šūnas veidotos, sāktu replicēties un dzīvotu uz pirmatnējās Zemes, tomēr visām ķīmiskajām daļām vispirms vajadzēja saiet kopā, sacīja Brauns.
Dziļajā okeānā, kur daudzi zinātnieki domā, ka dzīve ir sākusies, iespējams, ir bijušas molekulas, piemēram, lipīdi, RNS un DNS; bet pat tādā gadījumā viņi būtu pārāk izplatīti, lai notiktu kaut kas interesants.
"Molekulas pazūd. Tās izkliedējas," sacīja Brauns. "Reakcijas nenotiks tikai pašas par sevi."
Zinātnieki ir vienisprātis, ka molekulu agregācijai un savstarpējai reaģēšanai bija nepieciešams zināms spēks, portālam Live Science pastāstīja Tokijas Tehnoloģiju institūta ķīmiķis Hendersons Cleaves. Pētnieki vienkārši nepiekrīt, kāds bija šis spēks.
Tur ienāk burbuļi.
Burbuļi bija visur Zemes agrīnajā ainavā. Silti, dziļūdens vulkāni izplūda putojošos dūmos. Tās gaisīgās orbītes apmetās uz porainā vulkāniskā ieža. Šie bija apstākļi, kurus Brauns un viņa kolēģi centās atkārtot. Viņi no poraina materiāla izveidoja trauku, kas imitēja vulkānisko iežu faktūru, pēc tam to, savukārt, piepildīja ar sešiem dažādiem risinājumiem, katrs modelējot atšķirīgu dzīves veidošanās procesa posmu. Viens risinājums, kas attēlo agrīnu soli, saturēja cukuru ar nosaukumu RAO, kas būtu bijis vajadzīgs nukleotīdu, RNS un DNS celtniecības bloku konstruēšanā. Citi risinājumi, kas attēlo vēlākās stadijas, saturēja pašu RNS, kā arī taukus, kas nepieciešami šūnu sienu veidošanai.
Tad pētnieki sildīja šķīdumu vienā galā un atdzesēja to otrā. Viņi radīja kaut ko sauc par “termisko gradientu”, kurā temperatūra pakāpeniski mainās no viena gala uz otru, līdzīgi kā ūdenim pie dziļūdens termālajām atverēm pakāpeniski mainās no karstas uz aukstu.
"Tas ir kā mikro okeāns," sacīja Brauns.
Katrā šķīdumā temperatūras maiņa liek molekulām salīpēt - un tās virzās uz burbuļiem, kas šajos apstākļos dabiski veidojas. Gandrīz uzreiz viņi sāka reaģēt.
Cukuri veidoja kristālus, sava veida RNS un DNS nukleotīdu skeletu. Skābes veidoja garākas ķēdes, veicot vēl vienu soli pretī sarežģītu, RNS līdzīgu molekulu veidošanai. Visbeidzot, molekulas sakārtojās struktūrās, kas atgādināja vienkāršas šūnas. Pamatā Brauns sacīja, ka šūnas ir molekulas, kas iesaiņotas maisiņos, kas izgatavoti no taukiem. Tas ir tieši tas, kas notika uz viņa burbuļu virsmas: Tauki izkārtojās sfērās ap RNS un citām molekulām.
Brauns un viņa kolēģi visvairāk pārsteigs, cik ātri šīs izmaiņas notika mazāk nekā 30 minūtēs.
"Es biju pārsteigts," viņš teica. Lai gan šī ir pirmā reize, kad viņš un viņa kolēģi īpaši aplūko burbuļus, pētnieki jau iepriekš ir mēģinājuši atkārtot, kā šīs bioloģiskās molekulas iziet sarežģītās dzīvībai nepieciešamās reakcijas. Parasti, viņa teiktais, šīs reakcijas prasa stundas.
Daži ķīmiķi tomēr skeptiski vērtē, ka Brauna burbuļi ir precīzs pirmatnējās vides attēlojums. Brauns un viņa kolēģi sēja savu risinājumu ar daudzām sarežģītām molekulām, kas vajadzīgas dzīvībai. Pat viņu vienkāršākie risinājumi joprojām pārstāvēja dzīvības veidošanās procesa vēlākās stadijas, aģentūrai Live Science pastāstīja Ramanarayanan Krišnamurthy, okeanogrāfijas Scripps institūcijas ķīmiķis, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Tas nedaudz atgādina kūkas cepšanu ar kastes maisījumu, nevis jāsāk no nulles.
Turpretī senajiem okeāniem, iespējams, nebija pareizo apstākļu, lai veidotu šīs sākotnējās molekulas, sacīja Krišnamurtijs.
Plus, burbuļa eksperiments notika niecīgā mērogā. Tas ir svarīgi, jo tas nozīmē, ka temperatūras izmaiņas no viena testa gala uz otru bija ļoti pēkšņas. Patiesībā termālie gradienti zem okeāna ir pakāpeniskāki, sacīja Cleaves.
Tomēr Brauns apgalvoja, ka ir daži iemesli, kāpēc burbuļi varētu būt ideāla vieta dzīves sākumam. Pirmkārt, tie nodrošina perfektu gaisa un ūdens saskarni. Bez gaisa daudzas no dzīvībai nepieciešamajām reakcijām nevarēja notikt. Piemēram, fosforilēšanai, kas ir reakcija, kas ļauj mazām molekulām veidot sarežģītas molekulu virknes, jānotiek vismaz daļēji sausos apstākļos. Burbuļu iekšpusē tā nav problēma; kaut arī tie ir niecīgi, burbuļi nodrošina ideālu vidi, lai šīs reakcijas vismaz uz laiku izžūtu.
Bet ir arī vēl viena svarīga loma, ko var spēlēt burbuļi: Viņi rada kārtību. Klusā ūdenī molekulas parasti izkliedējas bez īpaša izkārtojuma. Burbuļi tomēr dod molekulām - un, iespējams, dzīves sākumiem - kaut ko, pie kā pieķerties haotiskajā pasaulē.
