Kuva: Sebastian Kaulitzki / Alamy
Joel Kontinen
Aminohapot ja muut elämän syntymiselle tärkeät
molekyylit voivat rikastua kivimurtumien verkostoissa, jotka olisivat olleet
yleisiä varhaisessa maassa.
Jotkin aminohapot voivat konsentroitua kulkiessaan
kuuman kiven halkeamien läpi.
Kemialliset reaktiot, jotka ovat avainasemassa elämän syntymiselle maapallolla, ovat saattaneet tapahtua, kun molekyylit liikkuivat
lämpögradientteja pitkin syvällä maan alla olevien ohuiden kiven rakojen
verkostoissa. Tällaiset verkostot, jotka olisivat olleet yleisiä varhaisessa
maassa, olisivat voineet tarjota eräänlaisen luonnollisen laboratorion, jossa
monet elämän rakennuspalikoista keskittyivät ja erottuivat muista orgaanisista
molekyyleistä.
"On erittäin vaikeaa saada yleisempää ympäristöä,
jossa voisit suorittaa nämä puhdistukset ja välivaiheet", sanoo Christof
Mast Münchenin Ludwig Maximilian -yliopistosta Saksasta. Hän ja hänen
kollegansa loivat noin pelikortin kokoisen lämpövirtauskammion mallintaakseen,
kuinka orgaanisten molekyylien sekoitus saattaa käyttäytyä tällaisissa
kivimurtumissa. He lämmittivät 170 mikrometrin paksuisen kammion toisen puolen
25 °C:seen ja toisen 40 °C:seen, mikä loi lämpötilagradientin, jota pitkin
molekyylit liikkuivat termoforeesiksi kutsutussa prosessissa. Se, kuinka herkkä
molekyyli on tälle prosessille, riippuu sen koosta ja sähkövarauksesta sekä
siitä, kuinka se on vuorovaikutuksessa nesteen kanssa, johon se on liuennut. Lämpövirtauskammiossa
tehdyssä 18 tunnin kokeessa he havaitsivat, että erilaisia molekyylejä oli
keskittynyt kammion eri osiin niiden termoforeesiherkkyyden mukaan. Näiden
molekyylien joukossa oli monia aminohappoja ja A-, T-, G- ja C-nukleoemäksiä,
jotka ovat DNA:n avainkomponentteja. Tämä vaikutus vahvistui entisestään, kun
he loivat kolmen toisiinsa yhdistetyn kammion verkoston, jossa jälleen
kammioverkoston toinen puoli oli 25 °C ja toinen puoli 40 °C. Lisäkammiot
rikastivat entisestään ensimmäisen väkevöimiä yhdisteitä. Matemaattisessa
simulaatiossa, jossa oli 20 toisiinsa yhdistettyä kammiota, jotka voisivat
paremmin muistuttaa luonnollisen murtumajärjestelmän monimutkaisuutta, he
havaitsivat, että eri molekyylien rikastuminen voitiin vahvistaa jälleen. Yhdessä
kammiossa aminohappoglysiini saavutti noin 3000 kertaa korkeammat pitoisuudet
kuin eri aminohapon, isoleusiinin, pitoisuudet, vaikka ne pääsivät verkkoon
samassa pitoisuudessa, sanoo Evan Spruijt Radboudin yliopistosta Hollannista. Tutkijat
osoittivat myös, että tämä rikastusprosessi voi mahdollistaa reaktion, joka
muuten olisi erittäin haastava. He osoittivat, että glysiinimolekyylit
pystyivät sitoutumaan toisiinsa, kun trimetafosfaatiksi (TMP) kutsuttua
reaktiota katalysoivan molekyylin pitoisuus kasvoi. TMP on huomionarvoinen
rikastettava molekyyli, koska se olisi ollut harvinainen varhaisessa
maapallossa, Mast sanoo. "Koska [kammiot] on kytketty satunnaisesti, voidaan
toteuttaa kaikenlaisia reaktio-olosuhteita."
"Voidaan luoda monimuotoisuutta hyvin
yksinkertaisista rakennuspalikoista tällä lisätyllä rikastuksella." Hän
sanoo kuitenkin, että rikastuminen kallionmurtumissa on vielä kaukana
toteuttamiskelpoisesta skenaariosta elämän syntymiselle. "Loppujen lopuksi
niiden on silti yhdistyttävä muodostaakseen mitä tahansa solua tai protosolua
muistuttavaa."
Elämä ei synny kivestä. Siihen tarvitaan älykkäästi suunniteltuja prosesseja, jotka riippuvat toisistaan.
Lähde:
James Dinneen 2024. Life’s vital chemistry may have begun in hot, cracked rock | New Scientist 3. 4.