Elämän tärkeä kemia on saattanut alkaa kuumasta, halkeilevasta kivestä

 

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.