Prieš atsirandant gyvybei Žemėje, maždaug prieš 3,5 milijardo metų vandenynai buvo atsitiktinai šokinėjančių molekulių sriuba. Tada kažkodėl kai kurios iš šių molekulių susitvarkė su gerai organizuotomis DNR grandinėmis, apsauginėmis ląstelių sienelėmis ir mažomis organus primenančiomis struktūromis, galinčiomis išlaikyti ląsteles gyvas ir veikti. Tačiau tai, kaip jie įvykdė šią organizaciją, mokslininkus ilgai glumino. Miuncheno Liudviko-Maximilianso universiteto biofizikai mano, kad jie turi atsakymą: burbuliukai.
Gyvenimo pradžia nebuvo akimirksniu. Ankstyvosios pirmtako molekulės kažkaip virsta gyvybės elementais, tokiais kaip RNR, DNR, druskos ir lipidai. Tuomet tos molekulės suorganizavo pirmąsias ankstyvasias ląstelių versijas, kurios vėliau tapo pirmaisiais vienaląsčiais organizmais.
„Tai yra visų gyvų rūšių pagrindas“, - „Live Science“ pasakojo svarbiausias tyrimo autorius Dieteris Braunas iš Liudviko-Maksimilianso universiteto.
Braun sakė, kad tam, kad ląstelės galėtų formuotis, pradėtų daugintis ir galėtų savarankiškai gyventi pirmykštėje Žemėje, vis dėlto pirmiausia reikėjo surinkti visas chemines dalis.
Giliavandeniame vandenyne, kur daugelis mokslininkų mano, kad gyvybė atsirado iš pradžių, galėjo būti tokių molekulių kaip lipidai, RNR ir DNR; bet net ir tada jie būtų buvę per daug išsisklaidę, kad nutiktų kas nors įdomaus.
"Molekulės pasimeta. Jos pasklinda", - teigė Braunas. "Reakcijos įvyks ne tik savaime."
Mokslininkai sutinka, kad molekulėms kauptis ir reaguoti tarpusavyje reikėjo tam tikros jėgos, „Live Science“ pasakojo Tokijo technologijos instituto chemikas Hendersonas Cleavesas. Tyrėjai tiesiog nesutinka, kas buvo ta jėga.
Štai ten ir atsiranda burbuliukai.
Burbulai buvo visur ankstyvajame Žemės vaizde. Šilti giliavandeniai ugnikalniai išpūtė gazuotus pliūpsnius. Tos orinės orbos įsikūrė ant akytos vulkaninės uolienos. Tai buvo sąlygos, kurias Braunas ir jo kolegos mėgino atkartoti. Jie iš poringos medžiagos sukūrė indą, kuris imitavo vulkaninės uolienos tekstūrą, tada užpildė jį, savo ruožtu, šešiais skirtingais sprendimais, kiekvienu modeliuodamas skirtingą gyvenimo formavimo proceso etapą. Viename ankstyvą žingsnį atspindinčiame tirpale buvo cukrus, vadinamas RAO, kuris būtų buvęs reikalingas nukleotidų, RNR ir DNR statybinių elementų konstravimui. Kituose vėlesniuose etapuose esančiuose tirpaluose buvo pati RNR, taip pat riebalai, reikalingi ląstelių sienoms formuoti.
Tada tyrėjai šildė tirpalą viename gale, o kitą - aušino. Jie kūrė tai, kas vadinama „šiluminiu gradientu“, kurio metu temperatūra laipsniškai kinta iš vieno galo į kitą, panašiai, kaip vanduo šalia giliavandenių šiluminių angų pamažu keičiasi nuo karšto iki šalto.
„Tai tarsi mikro vandenynas“, - sakė Braunas.
Kiekviename tirpale temperatūros pokyčiai priverčia molekules sulipti - ir jos traukiasi link burbuliukų, kurie natūraliai susidaro tokiomis sąlygomis. Beveik iškart jie pradėjo reaguoti.
Cukrus sudarė kristalus, savotišką RNR ir DNR nukleotidų skeletą. Rūgštys sudarė ilgesnes grandines, žengdamos dar vieną žingsnį link sudėtingų, į RNR panašių molekulių. Galiausiai molekulės susitvarkė į struktūras, primenančias paprastas ląsteles. Pagrindine prasme, pasak Brauno, ląstelės yra molekulės, įdėtos į maišus iš riebalų. Būtent taip nutiko jo burbuliukų paviršiuje: riebalai išsidėsto sferose aplink RNR ir kitas molekules.
Jis sakė, kad Brauną ir jo kolegas labiausiai nustebino tai, kaip greitai šie pokyčiai įvyko per mažiau nei 30 minučių.
„Buvau nustebęs“, - sakė jis. Nors tai yra pirmas kartas, kai jis ir jo kolegos specialiai pažvelgė į burbulus, tyrėjai anksčiau bandė atkartoti, kaip šios biologinės molekulės patiria sudėtingas gyvenimui reikalingas reakcijas. Paprastai, pasak jo, šios reakcijos trunka valandas.
Kai kurie chemikai skeptiškai vertina tai, kad Brauno burbuliukai tiksliai atspindi pirmykštę aplinką. Braunas ir jo kolegos pasėjo savo tirpalą į daugelį sudėtingų molekulių, reikalingų gyvenimui. Net patys paprasčiausi sprendimai vis dar atspindėjo vėlesnius gyvybės formavimo proceso etapus, - „Live Science“ pasakojo Ramanarayanan Krishnamurthy, okeanografijos instituto „Scripps“ chemikas, nedalyvavęs tyrime. Tai šiek tiek panašu į torto kepimą su dėžutės mišiniu, o ne pradedant nuo nulio.
Priešingai, senovės vandenynai galėjo neturėti tinkamų sąlygų formuoti šias pradines molekules, sakė Krishnamurthy.
Be to, eksperimentas su burbuliukais vyko nedideliu mastu. Tai svarbu, nes tai reiškia, kad nuo vieno bandymo galo iki kito temperatūros pokytis buvo labai staigus. Iš tikrųjų šiluminiai nuolydžiai po vandenynu yra laipsniškesni, teigė Cleavesas.
Vis dėlto Braunas teigė, kad yra keletas priežasčių, kodėl burbuliukai gali būti ideali vieta gyvenimo pradžiai. Pirma, jie suteikia puikią oro ir vandens sąsają. Be oro negalėjo įvykti daugelis gyvenimui reikalingų reakcijų. Pavyzdžiui, fosforilinimas, reakcija, leidžianti mažoms molekulėms sudaryti sudėtingas molekulių stygas, turi vykti bent iš dalies sausomis sąlygomis. Burbulų viduje tai nėra problema; Nors burbuliukai yra maži, jie sukuria puikią aplinką, kad šios reakcijos bent jau laikinai išdžiūtų.
Tačiau yra dar vienas svarbus burbulų vaidmuo: Jie sukuria tvarką. Ramiame vandenyje molekulės paprastai išsiskiria be ypatingo išdėstymo. Vis dėlto burbuliukai suteikia molekulėms - ir galbūt gyvenimo pradžiai - ką nors priglausti chaotiškame pasaulyje.
