Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monachium idzie o krok dalej w odpowiedzi na pytanie, jak powstało życie na Ziemi.

W pionierskim eksperymencie przeprowadzonym na początku lat pięćdziesiątych XX wieku naukowiec podjął próbę odtworzenia w probówce warunków panujących na Ziemi we wczesnych latach. Stanley Miller umieścił w połączonych kolbach kilka prostych składników, które według niego krążą w atmosferze i oceanach młodej planety, podgrzał je i przyłożył do nich energię elektryczną, aby symulować błyskawicę. the wyniki Szybko stała się sławna: z tej pierwotnej zupy pochodziły aminokwasy, chemiczne elementy budulcowe życia.

Odkrycie to zapoczątkowało poszukiwania w chemii i biologii eksperymentów, które mogłyby pomóc w odpowiedzi na jedno z największych naukowych pytań ludzkości: Jak zaczęło się życie na Ziemi? Teraz naukowcy z Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium zrobili ekscytujący krok naprzód, pokazując, w jaki sposób z elementów składowych wczesnej Ziemi można wytworzyć bardziej złożone cząsteczki niezbędne do życia.

W swoich studiach W magazynie Natura opublikowany Naukowcy zastąpili probówki małymi sieciami rozgałęzionych pęknięć podobnych do tych, które powstają w skałach w naturze. Przepuścili wodę z kluczowymi chemicznymi elementami przez pęknięcia, a następnie wykorzystali ciepło do naśladowania procesu, który może zachodzić w pobliżu kominów hydrotermalnych w oceanie lub w porowatej skale w pobliżu basenu geotermalnego.

Odkryli, że ciepło przepływające przez te sieci geologiczne sortuje i filtruje cząsteczki, pomagając im tworzyć dłuższe łańcuchy zwane biopolimerami, które są niezbędne do życia. „To niesamowity dowód na to, że proste procesy fizyczne mogą spowodować coś takiego” – powiedział Matthew Pasek, profesor nauk o Ziemi na Uniwersytecie Południowej Florydy, który nie był zaangażowany w badania.

Ponieważ pytanie o to, jak powstaje życie, jest tak obszerne, że wykracza poza tradycyjne granice dzielące naukę na różne dyscypliny. Chemicy, biolodzy, astrofizycy i geolodzy zasiadają do stołu, próbując odpowiedzieć na to pytanie. Wykraczaniem poza te granice interesuje się Christoph Mast, biofizyk z Uniwersytetu Ludwiga Maksymiliana w Monachium. Jego laboratorium zaprojektowało układ eksperymentalny, który jest nieco bliższy warunkom, w jakich powstała „biochemia”, z której powstało życie.

W jaki sposób Ziemia stworzyła wystarczającą ilość cegiełek, aby powstało życie?

Przez dziesięciolecia naukowcy borykali się z problemem polegającym na tym, że wczesna Ziemia nie była dziewiczym laboratorium ze zlewkami, idealnie zaplanowanymi w czasie etapami oczyszczania i skoncentrowaną dostawą składników. Odtworzenie chemii życia w laboratorium to jedno, ale eksperymenty możliwe w szklanej zlewce są co najmniej nieprawdopodobne w chaotycznych warunkach prawdziwego świata. „Można sobie wyobrazić prebiotyczną glebę, tę przygotowaną prebiotyczną zupę, która została bardzo rozcieńczona, i wszystkie te różne substancje oddziałujące na siebie w sposób całkowicie wymykający się spod kontroli” – powiedział Mast.

Dotychczasowym problemem jest to, że reakcje chemiczne w laboratorium często dają produkty uboczne, które mogą prowadzić do niepożądanych reakcji, pozostawiając naukowcom jedynie śladowe ilości materiału podstawowego. Jak więc wczesna Ziemia stworzyła wystarczającą ilość tych elementów, aby ostatecznie dać początek życiu?

Aby się tego dowiedzieć, badacze wycięli rozgałęzioną sieć łączących się szczelin w małym kawałku obojętnego materiału podobnego do teflonu zwanego FEP i umieścili go pomiędzy dwoma arkuszami szafiru. Rubiny osiągnięto dokładnie określone, ale różne temperatury, aby wytworzyć przepływ ciepła przez sieć geologiczną między nimi, symulując sposób, w jaki ciepło prawdopodobnie przepływało na wczesnej Ziemi – być może w pobliżu wulkanów lub kominów hydrotermalnych. Następnie umożliwili przepływ wody i środków chemicznych przez sieć pęknięć i obserwowali, co się stało.

Aminokwasy są ważne, ale wciąż daleko im do życia

W eksperymencie weryfikującym koncepcję wykorzystali glicynę, najprostszy aminokwas, wraz z substancją zwaną TMP, która może reagować, łącząc dwie cząsteczki glicyny. Takie interakcje są trudne w wodzie, a TMP występowało bardzo rzadko na wczesnej Ziemi, powiedział Mast. Kiedy po prostu mieszano te składniki w filiżance lub w szczelinach geologicznych bez ogrzewania, ilość bardziej złożonego biopolimeru, który wytworzyli, była „dość mała” – podają naukowcy.

Jednak gdy wprowadzono gradient termiczny do pęknięć, produkcja biopolimeru dramatycznie wzrosła. Jest to ważne, ponieważ aminokwasy, choć ważne, nie są wcale niezbędne do życia. Na przykład te same podstawowe elementy składowe znajdują się w martwych meteorytach. „Aby przejść na kolejny poziom, trzeba zacząć wytwarzać polimery – to niezbędny krok na drodze do kolejnego etapu życia” – mówi Pasek.

Za pomocą tego ustawienia nie można odpowiedzieć na kluczowe pytanie dotyczące powstania życia: czy znajdowało się ono w basenie, jak mogłoby istnieć na powierzchni Ziemi, czy w pobliżu komina hydrotermalnego, jak można znaleźć w głębinach oceanu? Mast mówi, że przepływ ciepła przez skały może zachodzić w różnych środowiskach geologicznych i prawdopodobnie był „wszechobecny” na wczesnej Ziemi.

Układ eksperymentalny można również wykorzystać do zbadania innych pytań dotyczących wczesnej chemii na planecie. Mast ma nadzieję stworzyć sieć pęknięć w materiałach geologicznych i zbudować większe sieci połączonych ze sobą komór.

„Garnek jest ważny przy gotowaniu „pierwotnej zupy”.

To badanie jest kolejnym przypomnieniem, że eleganckie eksperymenty chemiczne mogą zignorować istotną część pierwotnej zupy: miskę. Natomiast w 2021 roku zespół naukowców odkrył, że w słynnym eksperymencie z lat 50. XX wieku sama probówka – a raczej szkło borokrzemowe, z którego została wykonana – odegrała rolę w wynikach. Kiedy naukowcy powtórzyli eksperyment w zlewce szklanej, następnie w zlewce teflonowej, a następnie w zlewce teflonowej z odrobiną szkła borokrzemowego, odkryli, że szkło odgrywało kluczową rolę w katalizowaniu reakcji.

„Innymi słowy, aby ugotować «pierwotną zupę», ważny jest garnek” – napisał w e-mailu Juan Manuel García Ruiz, profesor naukowy w Międzynarodowym Centrum Fizyki Donostia w Hiszpanii, który brał udział w eksperymencie. Pochwalił nowe dzieło za pomysłowe podejście i, co być może ważniejsze, za to, że jest „wiarygodne z geologicznego punktu widzenia”.

„Być może nie jest to jedyny mechanizm, ale jest skuteczny, pomysłowy, a przede wszystkim stanowi eksperymentalną demonstrację” – powiedział García Ruiz. „Myślę, że potrzebujemy więcej metod eksperymentalnych, aby zbadać kontekst geochemiczny planety, kiedy powstało życie”.

Obecnie testujemy tłumaczenia maszynowe. Ten artykuł został automatycznie przetłumaczony z angielskiego na niemiecki.

Ten artykuł został po raz pierwszy opublikowany w języku angielskim 16 kwietnia 2024 r. na stronie „Washingtonpost.com” ukazało się w ramach współpracy, a teraz jest dostępne także w tłumaczeniu dla czytelników portali IPPEN.MEDIA.