Преди да се появи животът на Земята, преди около 3,5 милиарда години, океаните са супа от случайно подскочени молекули. Тогава някак от тези молекули се подреждат в добре организирани струни от ДНК, защитни клетъчни стени и малки органичноподобни структури, способни да поддържат живи и функциониращи клетки. Но как те постигнаха тази организация, отдавна озадачава учените. Сега биофизиците от университета Лудвиг-Максимилианс в Мюнхен смятат, че имат отговор: балончета.
Началото на живота не беше мигновено. Молекулите на ранния предшественик по някакъв начин се трансформират в градивните елементи на живота, като РНК, ДНК, соли и липиди. След това тези молекули се организираха, за да образуват първите ранни версии на клетки, които след това се превърнаха в първите едноклетъчни организми.
"Това е основата за всички живи видове", казва Дитер Браун от Университета Людвиг-Максимилианс, водещ автор на изследването, пред Live Science.
За да се формират клетките, започнете да се възпроизвеждате и да поемете живота си на първичната Земя, но всички химически части първо трябва да се съберат, каза Браун.
В дълбокия океан, където много учени смятат, че животът е започнал, може да са присъствали молекули като липиди, РНК и ДНК; но дори и така, те щяха да бъдат твърде разперени, за да се случи нещо интересно.
"Молекулите се губят. Те се дифундират", каза Браун. "Реакциите няма да се случат сами."
Учените са съгласни, че е необходима някаква сила, за да могат молекулите да се агрегират и да реагират една с друга, заяви Хендерсън Клийвс, химик от Токийския технологичен институт, пред Live Science. Изследователите просто не са съгласни каква е била тази сила.
Оттам влизат мехурчета.
Мехурчетата бяха навсякъде в ранния морски пейзаж на Земята. Топли, дълбоководни вулкани изхвърляха газирани струи. Тези въздушни кълба, разположени на порестата вулканична скала. Това бяха условията, които Браун и неговите колеги се стремяха да повторят. Те създадоха съд от порест материал, който имитираше текстурата на вулканична скала, след което го напълниха от своя страна с шест различни решения, всеки от които моделираше различен етап от процеса на формиране на живота. Един разтвор, представляващ ранен етап, съдържа захар, наречен RAO, който би бил необходим при изграждането на нуклеотиди, градивните елементи на РНК и ДНК. Други разтвори, представляващи по-късните етапи, съдържаха самата РНК, както и мазнините, необходими за изграждането на клетъчните стени.
След това изследователите загряват разтвора от единия край и го охлаждат от другия. Те създаваха нещо, наречено "термичен градиент", при което температурата постепенно се променя от един край в друг, подобно на начина, по който водата в близост до дълбочинните термични отвори постепенно се променя от гореща в студена.
"Това е като микроокеан", каза Браун.
Във всеки разтвор температурната промяна принуждава молекулите да се струпват - и те гравитират към мехурчетата, които естествено се образуват при тези условия. Почти веднага те започнаха да реагират.
Захарите образуват кристали, един вид скелет за РНК и ДНК нуклеотиди. Киселините образуват по-дълги вериги, предприемайки още една стъпка към образуването на сложни, РНК-подобни молекули. И накрая, молекулите се подредиха в структури, наподобяващи прости клетки. В основен смисъл, каза Браун, клетките са молекули, затворени в торбички, изработени от мазнини. Точно това се случи на повърхността на неговите мехурчета: Мазнините се подреждат в сфери около РНК и други молекули.
Най-изненадващо за Браун и неговите колеги, според него, беше колко бързо се случиха тези промени за по-малко от 30 минути.
"Бях изумен", каза той. Въпреки че това е първият път, когато той и колегите му са разгледали конкретно мехурчета, изследователите преди това са се опитали да повторят как тези биологични молекули преминават през сложните реакции, необходими за живота. Обикновено, каза той, тези реакции отнемат часове.
Някои химици обаче са скептично настроени, че мехурчетата на Браун са точно представяне на изначалната среда. Браун и неговите колеги засяват разтвора си с много от сложните молекули, необходими за живота. Дори най-простите им решения все още представляват по-късни етапи от процеса на формиране на живота, каза Раманараянанан Кришнамурти, химик от института по океанография на Скриппс, който не е участвал в изследването. Това е малко като печене на торта с кутия микс, вместо да започнете от нулата.
За разлика от това, древните океани може да не са имали правилните условия да образуват тези първоначални молекули, каза Кришнамурти.
Плюс това експериментът с мехурчета се проведе в малък мащаб. Това е важно, защото означава, че промяната в температурата от единия край на теста е била много рязка. В действителност топлинните градиенти под океана са по-постепенни, каза Клийвс.
И все пак Браун твърди, че има няколко причини, поради които балончетата могат да бъдат идеалното място за началото на живота. Първо, те осигуряват перфектен интерфейс между въздух и вода. Без въздух много от необходимите за живота реакции не биха могли да се случат. Например, фосфорилирането, реакция, която позволява на малки молекули да образуват сложни молекулни струни, трябва да се случи при поне частично сухи условия. Вътре в мехурчетата това не е проблем; въпреки че са мънички, мехурчетата осигуряват идеалната среда за изсушаване на тези реакции, поне временно.
Но има и друга важна роля, която могат да играят мехурчета: Те създават ред. В неподвижната вода молекулите обикновено се разпространяват без особена подредба. Мехурчетата обаче дават молекули - и може би началото на живота - нещо, към което да се вкопчат в хаотичен свят.
