Elämän synty kuumaan rockiin?

Tulivuorenkivien huokoset voivat toimia reaktioalueina ensimmäisille biomolekyyleille

Tulivuoren kivet, lämpö ja merivesi tarjosivat sopivat olosuhteet elämän syntymiselle. © USGS / julkinen verkkotunnus
lukea ääneen

Tulivuoren alku: Elämä maapallolla olisi voinut alkaa pienistä kalliopirteistä merivuorilla. Koska voimakkaat lämpötilaerot näissä huokosissa edistävät monimutkaisten biomolekyylien muodostumista ja lisääntymistä, kuten saksalaiset tutkijat ovat havainneet. Vastuullinen vaikutus on yllättävän helppo säätää laboratoriossa - nuoren maan tulivuoret olisivat toimineet vielä paremmin, tutkijat kirjoittavat "Nature Chemistry" -lehdessä.

On epäselvää, miten ja missä ensimmäiset elämänmuodot syntyivät yli kolme ja puoli miljardia vuotta sitten varhaisessa maapallossa. Elämän syntymisen tärkeä edellytys on kuitenkin, että pienet orgaaniset molekyylit yhdistyvät muodostaen monimutkaisia ​​rakenteita, jotka voivat tallentaa geneettistä tietoa ja lisääntyä itse.

Tämä vaatii kuitenkin tällaisten molekyylien riittävän pitoisuuden - ja varhaisten valtamerten "alkeiskeitossa" ne tapahtuivat todennäköisesti vain satunnaisesti. Siksi nykyisissä teorioissa oletetaan, että tämä prosessi olisi saattanut alkaa pienistä huokosista claystonessa, pienissä kuumissa geyserialtaissa tai jopa fyllosilikaateissa tai vastaavissa paikoissa.

Merivesi, tulivuoren kallio ja lämpö

Münchenin Ludwig-Maximilians-yliopiston Dieter Braunin johtamat fyysikot ovat nyt ehdottaneet toista mekanismia, jolla ensimmäiset biomolekyylit saattavat olla kertyneet tarpeeksi monimutkaisemmiksi yksiköiksi. Siten nuoren maan tulivuoret olisivat toimittaneet juuri oikeat olosuhteet, ainakin valtamerten lähellä olevat.

Kun merivesi, kivet ja lämpö yhdistyvät, avoimet, vedellä puhdistetut kalliohuokoset muodostavat suotuisan reaktioalueen ensimmäisten perinnöllisten molekyylien, kuten RNA: n tai DNA: n, muodostamiseksi. Samanlaisia ​​olosuhteita voi olla syvänmeren hydrotermisissä tuuletusaukkoissa. "Tärkeää on, että kivi-itiö lämmitetään toiselta puolelta siten, että huokoslämpöpolttoainetta osoittava puoli on huomattavasti lämpimämpi kuin toinen", Braun selittää. näyttö

Biomolekyylit, jotka poistetaan merivedestä huokosiin, sieppataan ja konsentroidaan huokosissa esiintyvän lämpötilaeron perusteella. Tämä "molekyylilukko" perustuu ns. Termoforeesiin, jonka mukaan molekyylit liikkuvat lämpötilagradienttia pitkin lämpimästä kylmään. Erityisesti avoimet huokoset myös pitävät pitkäketjuisia molekyylejä kuten varhaiset biopolymeerit. Erityisesti geneettisten molekyylien evoluutiossa tämä on tärkeätä, koska pidempään molekyyliin voidaan tallentaa enemmän geneettistä tietoa.

Kopio laboratoriossa

Tutkijat ovat nyt osoittaneet tämän vaikutuksen laboratoriossa: "Olemme luoneet luonnollisen huokosen pienillä lasikapilillaareilla, kuumenneet sen toiselle puolelle ja huuhtaneet sen vedellä, joka sisältää eripituisia DNA-rakennuspalikoita", Braun sanoo. "Näissä olosuhteissa vain pitkät DNA-rakennuspalikat todella pidetään huokosissa."

Ja DNA-molekyylit eivät pidä vain huokosissa olevaa virtaa vastaan, vaan ne lisääntyvät myös itsessään: huokosen kuumalla alueella kaksijuosteiset DNA-molekyylit sulavat ja jakautuvat minuutti minuutilta heidän kahdessa säikeessä. Lämpötilagradientin takia liuos virtaa pyöreällä tavalla huokosen viileimpien ja kuumien alueiden välillä. Siellä DNA syötetään uusilla rakennuspalikoilla ja lisätään jälleen kaksoisjuosteeseen. Jos syntyy enemmän DNA: ta kuin huokoset pystyvät säilyttämään, vasta replikoidut molekyylit poistuvat huokosista ja leviävät naapurimaiden huokosjärjestelmiin.

Yllättävän tyylikäs ja yksinkertainen

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa luoneet laboratoriossa järjestelmän, joka mahdollistaa yhä monimutkaisempien molekyylien autonomisen evoluution - simuloimalla siten suoraan elämän alkuperän edellytyksiä. Nuoren maan vulkaanisen kivin kuumennetut huokoset ovat todennäköisesti toimineet jopa paremmin kuin laboratorion lasikapillaarit, kuten tutkijat selittävät: Kalliossa suljettujen metallien lämmönjohtavuus on sata kertaa parempi kyky kuin vesi.

Tämä lämpö antoi tarvittavan energian ensimmäiselle elämälle: "Elämä tarkoittaa aina termodynaamista epätasapainoa", Braun sanoo. "Siksi ensimmäisen elämän syntymisen täytyy laukaista ulkoinen energialähde - esimerkiksi lämpötilaero. Se, että tämä on niin tyylikäs ja helppo, on meille todella yllättävää. "(Nature Chemistry, 2015; doi: 10.1038 / nchem.2155)

(Ludwig-Maximilians-yliopisto München, 28.01.2015 - AKR)