地球上の生命が出現する前、約35億年前まで、海はランダムに乱れた分子のスープでした。次に、どういうわけか、これらの分子のいくつかは、DNAの保護されたストリング、保護細胞壁、および細胞の生存と機能を維持できる小さな臓器のような構造に自分自身を配置しました。しかし、彼らがこの組織をどのように達成したかだけでは、長い間科学者を困惑させてきました。今、ミュンヘンのルートヴィヒマクシミリアン大学の生物物理学者たちは、答えはバブルだと考えています。
人生の始まりは瞬間的なものではありませんでした。初期の前駆体分子は、何らかの形で、RNA、DNA、塩、脂質などの生命のビルディングブロックに変化しました。その後、これらの分子は組織化されて最初の初期バージョンの細胞を形成し、それが最初の単細胞生物となりました。
「これがすべての生物種の基礎である」と研究の筆頭著者であるルートヴィヒ・マクシミリアン大学のディーター・ブラウンはライブサイエンスに語った。
ブラウンが言ったのは、細胞が形成され、複製を開始し、原始地球上で独自の生命を帯びるようにするためです。
多くの科学者が生命がその始まりを持っていると考えている深海では、脂質、RNA、DNAのような分子が存在した可能性があります。しかし、そうであっても、それらは、何か面白いことが起こるにはあまりにも広がっていたでしょう。
「分子は失われる。それらは拡散する」とブラウンは言った。 「反応は自分自身で起こるだけではない。」
東京工業大学の化学者、ヘンダーソン・クリーブス氏は、分子が互いに凝集して反応するのにある程度の力が必要であると科学者たちは同意しているとLive Scienceに語った。研究者たちはその力が何であったかについて同意しません。
そこで泡が入ります。
泡は地球の初期の海景のいたるところにありました。暖かく、深海の火山が、噴煙を噴出しました。これらの風通しの良いオーブは、多孔性の火山岩の上に落ち着きました。これらはブラウンと彼の同僚が模倣しようとした条件でした。彼らは、火山岩のテクスチャを模倣した多孔質の材料から容器を作成し、次に、生命形成プロセスの異なる段階をそれぞれモデル化する6つの異なるソリューションで満たしました。初期のステップを表す1つのソリューションには、RNAとDNAのビルディングブロックであるヌクレオチドの構築に必要であったRAOと呼ばれる糖が含まれていました。後期を表す他のソリューションには、RNA自体と、細胞壁を構築するために必要な脂肪が含まれていました。
次に、研究者は溶液の一端を加熱し、他端を冷却しました。彼らは「熱勾配」と呼ばれるものを作成していました。そこでは、深海の熱ベントの近くの水が高温から低温に徐々に変化するのと同じように、温度が一端から別の端に徐々に変化します。
「それはミクロオーシャンのようなものだ」とブラウンは言った。
各ソリューションでは、温度変化により分子が凝集し、これらの条件下で自然に形成される気泡に向かって重力に引き寄せられます。ほとんどすぐに、彼らは反応し始めました。
糖はRNAとDNAヌクレオチドの骨格の一種である結晶を形成しました。酸はより長い鎖を形成し、複雑なRNA様分子の形成に向けて別のステップを踏みました。最後に、分子は単純な細胞に似た構造に自分自身を配置しました。基本的な意味では、細胞は脂肪でできた袋に入れられた分子であるとブラウンは言った。それはまさに彼の泡の表面で起こったことでした：脂肪はRNAと他の分子の周りの球体にそれら自身を配置しました。
ブラウンと彼の同僚にとって最も驚いたのは、これらの変化が30分以内にどれほど急速に起こったかだと彼は言った。
「私は驚いた」と彼は言った。彼と彼の同僚が気泡を具体的に調べたのはこれが初めてですが、研究者たちは以前にこれらの生体分子が生命に必要な複雑な反応を受ける方法を再現しようとしました。通常、彼は言った、これらの反応は数時間かかります。
しかし、一部の化学者は、ブラウンの泡が原始環境を正確に表現していることに懐疑的です。ブラウンと彼の同僚は、彼らの解決策に生命に必要な多くの複雑な分子を播種しました。彼らの最も単純な解決策でさえ、まだ生命形成プロセスの後の段階を表していた、研究に関与しなかったスクリップス海洋研究所の化学者であるラマラナヤナンクリシュナムマーシーは、Live Scienceに語った。これは、ゼロから始めるのではなく、ボックスミックスでケーキを焼くようなものです。
対照的に、古代の海はこれらの初期分子を形成するための適切な条件を持っていなかったかもしれないとクリシュナムルティは言った。
さらに、バブル実験は小さな規模で行われました。これは、テストの終わりから次の終わりまでの温度変化が急激であったことを意味するため、重要です。実際には、海中の温度勾配はより緩やかであるとクリーブス氏は語った。
それでもブラウンは、泡が人生の始まりにとって理想的な場所であるかもしれないいくつかの理由があると主張しました。まず、空気と水の間の完璧なインターフェースを提供します。空気がなければ、人生に必要な反応の多くは起こり得ませんでした。たとえば、リン酸化は、小分子が複雑な分子ストリングを形成できるようにする反応であり、少なくとも部分的に乾燥した条件下で発生する必要があります。バブルの中では、それは問題ではありません。気泡は小さいですが、これらの反応が少なくとも一時的に乾くのに最適な環境を提供します。
しかし、バブルが果たすことができる別の重要な役割があります。それらは秩序を生み出します。静水中では、分子は通常、特別な配置なしに広がります。しかし、泡は分子を、そしておそらく生命の始まりを、混沌とした世界にしがみつくものに与えます。
