Předtím, než se objevil život na Zemi, asi před 3,5 miliardami let, byly oceány polévkou náhodně neuspořádaných molekul. Potom se některé z těchto molekul nějak uspořádaly do dobře organizovaných řetězců DNA, ochranných buněčných stěn a malých orgánových struktur schopných udržovat buňky naživu a fungování. Ale to, jak dosáhli této organizace, má vědce dlouho zmatené. Biofyzici na Ludwig-Maximiliánské univerzitě v Mnichově si nyní myslí, že mají odpověď: bubliny.
Počátky života nebyly okamžité. Rané prekurzorové molekuly se nějak transformovaly do stavebních bloků života, jako je RNA, DNA, soli a lipidy. Poté byly tyto molekuly uspořádány tak, aby vytvořily první rané verze buněk, které se poté staly prvními jednobuněčnými organismy.
„To je základ všech živých druhů,“ řekl Dieter Braun z Ludwig-Maximiliánské univerzity, hlavní autor studie, pro Live Science.
Aby se buňky mohly tvořit, začít se replikovat a vzít si svůj vlastní život na prvotní Zemi, je třeba nejprve spojit všechny chemické části, řekl Braun.
V hlubokém oceánu, kde si mnozí vědci myslí, že život dostal své počátky, mohly být přítomny molekuly jako lipidy, RNA a DNA; ale přesto by byly příliš rozprostřené, aby se stalo cokoli zajímavého.
„Molekuly se ztratí. Rozptylují se,“ řekl Braun. "Reakce se nestanou jen samy o sobě."
Vědci souhlasí s tím, že pro molekulu je nutná určitá síla, aby se agregovala a reagovala mezi sebou, uvedl Henderson Cleaves, chemik z Tokijského technologického institutu, Live Science. Vědci prostě nesouhlasí, co tato síla byla.
Tam přicházejí bubliny.
Bubliny byly všude na počátku rané krajiny. Teplé hlubinné sopky podnítily šumivé chocholy. Tyto vzdušné koule se usadily na porézní vulkanické skále. To byly podmínky, které se Braun a jeho kolegové snažili zopakovat. Vytvořili nádobu z porézního materiálu, který napodoboval strukturu vulkanické horniny, a poté ji naplnil šesti různými řešeními, z nichž každé modelovalo jiné stádium procesu formování života. Jedno řešení, představující první krok, obsahovalo cukr zvaný RAO, který by byl nezbytný při konstrukci nukleotidů, stavebních bloků RNA a DNA. Další řešení představující pozdější stádia obsahovala samotnou RNA a také tuky nezbytné pro vytvoření buněčných stěn.
Potom vědci zahřívali roztok na jednom konci a ochladili jej na druhém. Vytvářeli něco, co se nazývalo „tepelný gradient“, ve kterém se teplota postupně mění z jednoho konce na druhý, podobně jako se voda v blízkosti hlubinných termálních průduchů postupně mění z horkého na studený.
„Je to jako mikrooceán,“ řekl Braun.
V každém řešení změna teploty nutí molekuly k shlukování - a gravitovaly směrem k bublinám, které se za těchto podmínek přirozeně vytvářejí. Téměř okamžitě začali reagovat.
Cukry tvořily krystaly, druh kostry pro RNA a DNA nukleotidy. Kyseliny tvořily delší řetězce, což učinilo další krok směrem k tvorbě komplexních molekul podobných RNA. Nakonec se molekuly uspořádaly do struktur, které připomínaly jednoduché buňky. Braun řekl, že v základním smyslu jsou buňky molekuly uzavřené v pytlích vyrobených z tuků. Přesně to se stalo na povrchu jeho bublin: Tuky se uspořádaly v koulích kolem RNA a dalších molekul.
Braunovi a jeho kolegům bylo nejvíce překvapivé, jak rychle k těmto změnám došlo za méně než 30 minut.
„Byl jsem ohromen,“ řekl. Ačkoli to je poprvé, co se on a jeho kolegové konkrétně podívali na bubliny, vědci se dříve pokusili replikovat, jak tyto biologické molekuly procházejí složitými reakcemi potřebnými pro život. Tyto reakce obvykle trvají hodiny.
Někteří chemici jsou však skeptičtí, že Braunovy bubliny jsou přesným zastoupením prvotního prostředí. Braun a jeho kolegové nasadili své řešení mnoha složitými molekulami potřebnými pro život. I jejich nejjednodušší řešení stále představovala pozdější fáze procesu formování života, řekl Ramanarayanan Krishnamurthy, chemik z Scripps Institution of Oceanography, který se studie nezúčastnil, řekl Live Science. Je to trochu jako upéct si dort s krabicovou směsí, než začít od nuly.
Naproti tomu staré oceány nemusely mít správné podmínky pro vytvoření těchto počátečních molekul, řekl Krishnamurthy.
Navíc se experiment v bublině odehrával v malém měřítku. To je důležité, protože to znamená, že změna teploty z jednoho konce testu na další byla velmi prudká. Ve skutečnosti jsou teplotní gradienty pod oceánem pozvolnější, řekl Cleaves.
Braun přesto tvrdil, že existuje několik důvodů, proč by bubliny mohly být ideálním místem pro začátky života. Za prvé, poskytují dokonalé rozhraní mezi vzduchem a vodou. Bez vzduchu by se mnoho reakcí nezbytných pro život nestalo. Například, fosforylace, reakce, která umožňuje malým molekulám tvořit komplexní molekulární řetězce, musí probíhat za alespoň částečně suchých podmínek. Uvnitř bublin to není problém; I když jsou malé, bubliny poskytují ideální prostředí pro vyschnutí těchto reakcí, alespoň dočasně.
Ale mohou hrát další důležité role bubliny: Vytvářejí pořádek. V klidné vodě se molekuly obvykle šíří bez zvláštního uspořádání. Bubliny však dávají molekulám - a možná i začátkům života - něco, co se v chaotickém světě drží.
