Prije pojave života na Zemlji, prije otprilike 3,5 milijardi godina, oceani su bili supa molekula nasumično poskočenih. Tada su se nekako neke od tih molekula smjestile u dobro organizirane žice DNA, zaštitne stanične stijenke i sitne građe poput organa koji su sposobni održavati stanice živim i funkcionirati. No, način na koji su postigli ovu organizaciju dugo je zbunio znanstvenike. Sada biofizičari sa sveučilišta Ludwig-Maximilians u Münchenu misle da imaju odgovor: mjehurići.
Počeci života nisu bili trenutačni. Molekule ranih prekursora nekako su se transformirale u građevne blokove života, poput RNA, DNK, soli i lipida. Zatim su se te molekule organizirale da formiraju prve rane verzije stanica, koje su tada postale prvi jednostanični organizmi.
"Ovo je osnova za sve žive vrste", rekao je Dieter Braun sa Sveučilišta Ludwig-Maximilians, vodeći autor studije za Live Science.
Da bi se stanice formirale, počele bi se razmnožavati i poprimati vlastiti život na prvobitnoj Zemlji, međutim, svi kemijski dijelovi koji su se prvo trebali spojiti, rekao je Braun.
U dubokom oceanu, gdje mnogi znanstvenici misle da je život započeo, molekule poput lipida, RNK i DNK možda su bile prisutne; ali čak i tako, bili bi previše rašireni da bi se bilo što zanimljivo dogodilo.
"Molekule se gube. Difundiraju", rekao je Braun. "Reakcije se neće dogoditi same od sebe."
Znanstvenici se slažu da je potrebna neka sila kako bi se molekule mogle skupiti i reagirati jedna s drugom, rekao je za hemikalije Henderson Cleaves, tokijski tehnološki institut. Istraživači se jednostavno ne slažu u čemu je bila ta sila.
Tamo ulaze mjehurići.
Mjehurići su bili posvuda u Zemljinoj ranoj pejzaži. Topli, duboko morski vulkani izbacili su mutne pljuskove. Te prozračne kugle nastanjene na poroznoj vulkanskoj stijeni. To su bili uvjeti koje je Braun i njegovi kolege nastojao ponoviti. Stvorili su posudu od poroznog materijala koji je oponašao teksturu vulkanske stijene, a zatim su je zauzvrat napunili šest različitih rješenja, svako modelirajući različitu fazu u procesu stvaranja života. Jedno rješenje, koje je predstavljalo rani korak, sadržavalo je šećer zvan RAO, koji bi bio neophodan u izgradnji nukleotida, građevnih blokova RNA i DNK. Ostala rješenja, koja su predstavljala kasnije faze, sadržavala su samu RNK, kao i masti potrebne za izgradnju staničnih zidova.
Zatim su istraživači otopinu zagrijali na jednom kraju i hladili je na drugom. Stvarali su nešto što se naziva "toplinski gradijent", u kojem se temperatura postupno mijenja s jednog na drugi kraj, slično načinu na koji se voda u blizini duboko morskih termalnih otvora postupno mijenja iz tople u hladnu.
"To je poput mikro-oceana", rekao je Braun.
U svakoj otopini, promjena temperature prisiljava molekule na nakupljanje - i gravitiraju prema mjehurićima koji se prirodno formiraju u tim uvjetima. Gotovo odmah su počeli reagirati.
Šećeri su tvorili kristale, svojevrsni kostur za RNA i DNA nukleotide. Kiseline su formirale duže lance, poduzimajući još jedan korak prema stvaranju složenih, RNA-sličnih molekula. Konačno, molekule su se složile u strukture koje nalikuju jednostavnim stanicama. U temeljnom smislu, rekao je Braun, stanice su molekule sadržane u vrećicama od masti. Upravo to se dogodilo na površini njegovih mjehurića: Masti su se raspoređivale u sferama oko RNA i drugim molekulama.
Najviše iznenađuje Brauna i njegove kolege, kako kaže, koliko su se te promjene dogodile, za manje od 30 minuta.
"Bio sam zadivljen", rekao je. Iako je ovo prvi put da su on i njegovi kolege posebno promatrali mjehuriće, istraživači su prethodno pokušali ponoviti kako te biološke molekule prolaze složene reakcije potrebne za život. Normalno je, rekao je, da takve reakcije potraju satima.
Neki su kemičari skeptični, međutim, da su Braunovi mjehurići točan prikaz iskonske okoline. Braun i njegovi kolege zasadili su svoje rješenje mnogim složenim molekulama potrebnim za život. Čak su i njihova najjednostavnija rješenja još uvijek predstavljala kasnije faze procesa oblikovanja života, rekao je za Live Science Ramanarayanan Krishnamurthy, kemičar Instituta za oceanografiju Scripps koji nije bio uključen u istraživanje. To je pomalo poput pečenja kolača s kutijicom, a ne od početka.
Suprotno tome, drevni okeani možda nisu imali prave uvjete da formiraju ove početne molekule, rekao je Krishnamurthy.
Osim toga, eksperiment s mjehurićima odvijao se u malenim razmjerima. To je važno, jer znači da je promjena temperature s jednog na kraj drugog testa bila vrlo naglo. U stvarnosti, toplinski gradijenti ispod oceana su postupniji, rekao je Cleaves.
Ipak, Braun je tvrdio da postoji nekoliko razloga zbog kojih su mjehurići mogli biti idealno mjesto za početke života. Prvo, pružaju savršeno sučelje zraka i vode. Bez zraka, mnoge reakcije potrebne za život ne bi se mogle dogoditi. Na primjer, fosforilacija, reakcija koja omogućuje malim molekulama da formiraju složene molekularne žice, mora se dogoditi pod barem djelomično suhim uvjetima. Unutar mjehurića to nije problem; iako su maleni, mjehurići pružaju savršeno okruženje za sušenje tih reakcija, barem privremeno.
Ali mogu postojati i drugi važni mjehurići uloga: Oni stvaraju red. U mirnoj vodi molekule se obično šire bez određenog rasporeda. Mjehurići, međutim, daju molekule - i možda početke života - nešto u čemu će se zabiti u kaotičnom svijetu.
