Inden livet på Jorden opstod, for omkring 3,5 milliarder år siden, var oceanerne en suppe af tilfældigt blandede molekyler. Derefter arrangerede nogle af disse molekyler på en eller anden måde sig i velorganiserede DNA-strenge, beskyttende cellevægge og små organlignende strukturer, der er i stand til at holde celler i live og fungere. Men netop hvordan de opnåede denne organisation har længe forskrækket forskere. Nu tror biofysikere ved Ludwig-Maximilians Universitet i München, at de har et svar: bobler.
Livets begyndelse var ikke øjeblikkelig. Tidlige precursor molekyler transformeres på en eller anden måde til livets byggesten, ligesom RNA, DNA, salte og lipider. Derefter organiserede disse molekyler til at danne de første tidlige versioner af celler, som derefter blev de første encellede organismer.
"Dette er grundlaget for alle levende arter," fortæller Dieter Braun fra Ludwig-Maximilians University, studiens hovedforfatter, til Live Science.
For at celler kan danne sig, begynder at replikere og tage deres eget liv på den jordlige jord, dog var alle de kemiske dele først nødvendige for at komme sammen, sagde Braun.
I det dybe hav, hvor mange forskere mener, at livet begyndte, kan molekyler som lipider, RNA og DNA have været til stede; men alligevel ville de have været for spredt til, at noget interessant kunne ske.
"Molekylerne går tabt. De diffunderer," sagde Braun. ”Reaktionerne sker ikke bare af sig selv.”
Forskere er enige om, at en vis kraft var nødvendig for, at molekylerne kunne samles og reagere med hinanden, fortalte Henderson Cleaves, en kemiker ved Tokyo Institute of Technology, til Live Science. Forskere er bare ikke enige om, hvad denne styrke var.
Det er her der kommer bobler ind.
Bobler var overalt i Jordens tidlige seascape. Varme, dybhavsvulkaner sprøjtede fizzy huler. Disse luftige kugler bosatte sig på den porøse vulkanske klippe. Dette var betingelserne, som Braun og hans kolleger søgte at gentage. De skabte et kar af et porøst materiale, der efterlignede strukturen af vulkansk sten, og derefter fyldte det på sin side med seks forskellige opløsninger, der hver modellerede en anden fase i livsdannelsesprocessen. En løsning, der repræsenterede et tidligt trin, indeholdt et sukker kaldet RAO, hvilket ville have været nødvendigt i konstruktionen af nukleotider, byggestenene til RNA og DNA. Andre opløsninger, der repræsenterede de senere stadier, indeholdt selve RNA såvel som de fedtstoffer, der var nødvendige for at konstruere cellevægge.
Derefter opvarmede forskerne løsningen i den ene ende og afkølede den på den anden. De skabte noget, der kaldes en "termisk gradient", hvor temperaturen gradvist skifter fra den ene ende til den anden, svarende til den måde, vandet nær dybhavs termiske åbninger gradvist ændrer sig fra varmt til koldt.
”Det er som et mikrohav,” sagde Braun.
I hver opløsning tvinger temperaturændringen molekylerne til at klumpe sig sammen - og de graviterede mod boblerne, der naturligt dannes under disse forhold. Næsten med det samme begyndte de at reagere.
Sukkerarter dannede krystaller, et slags skelet til RNA og DNA-nukleotider. Syrer dannede længere kæder og tog endnu et skridt mod dannelsen af komplekse, RNA-lignende molekyler. Endelig arrangerede molekylerne sig i strukturer, der lignede enkle celler. I en grundlæggende forstand, sagde Braun, er celler molekyler indkapslet i poser lavet af fedt. Det var nøjagtigt, hvad der skete på overfladen af hans bobler: Fedtstoffer arrangerede sig i kugler omkring RNA og andre molekyler.
Det mest overraskende for Braun og hans kolleger, sagde han, var hvor hurtigt disse ændringer skete på under 30 minutter.
”Jeg blev forbløffet,” sagde han. Selvom dette er første gang, at han og hans kolleger har set specifikt på bobler, har forskerne tidligere forsøgt at gentage, hvordan disse biologiske molekyler gennemgår de komplekse reaktioner, der er nødvendige for livet. Normalt, sagde han, disse reaktioner tager timer.
Nogle kemikere er imidlertid skeptiske over, at Brauns bobler er en nøjagtig repræsentation af det oprindelige miljø. Braun og hans kolleger podede deres løsning med mange af de komplekse molekyler, der var nødvendige for livet. Selv deres enkleste løsninger repræsenterede stadig senere stadier af livsdannelsesprocessen, fortalte Ramanarayanan Krishnamurthy, en kemiker ved Scripps Institution of Oceanography, som ikke var involveret i undersøgelsen, til Live Science. Det er lidt som at bage en kage med en æskeblanding i stedet for at starte fra bunden.
I modsætning hertil har de gamle oceaner muligvis ikke haft de rette betingelser for at danne disse indledende molekyler, sagde Krishnamurthy.
Plus, bobleeksperimentet fandt sted i en lille skala. Det er vigtigt, fordi det betyder, at ændringen i temperatur fra den ene ende af testen til den næste var meget pludselig. I virkeligheden er de termiske gradienter under havet mere gradvise, sagde Cleaves.
Stadig argumenterede Braun for, at der er et par grunde til, at bobler måske er det ideelle sted for begyndelsen af livet. For det første giver de en perfekt grænseflade mellem luft og vand. Uden luft kunne mange af de reaktioner, der er nødvendige for livet, ikke ske. F.eks. Skal phosphorylering, en reaktion, der gør det muligt for små molekyler at danne komplekse molekylære strenge, ske under mindst delvist tørre forhold. Inde i boblerne er det ikke et problem; selvom de er små, giver bobler det perfekte miljø til, at disse reaktioner tørrer ud, i det mindste midlertidigt.
Men der er en anden vigtig rolle, bobler kan spille: De skaber orden. I stille vand spredes molekyler typisk uden nogen særlig ordning. Bobler giver imidlertid molekyler - og måske livets begyndelse - noget at klæbe fast i en kaotisk verden.
