Mokslininkai paaiškino, kaip ir kur susidarė pirmosios biomolekulės Žemėje

VILNIUS, rugsėjo 4 — Sputnik. Vokietijos mokslininkų atlikto tyrimo rezultatai rodo, kad pirmosios savaime besidauginančios biomolekulės galėjo susidaryti mikro įtrūkimuose bazaltuose iš "teisingo" druskų mišinio, veikiant šilumos srautams, susijusiems su vulkanizmu. Straipsnis buvo paskelbtas žurnale "Nature Chemistry".

Manoma, kad pirmosios gyvos sistemos buvo pagrįstos savaime besidauginančiomis RNR molekulėmis, kurios neša paveldimą informaciją. Remiantis "RNR pasaulio" hipoteze, šios molekulės buvo pirmieji biopolimerai, galintys katalizuoti chemines reakcijas ląstelėse, lemiančias RNR grandinių replikaciją ir inicijuojantys savarankiškus evoliucinius procesus.

Norėdami suprasti, ar pirmosios biomolekulės galėjo savaime atsirasti ankstyvojoje Žemėje prieš keturis milijardus metų, Miuncheno Ludwigo Maksimiliano universiteto biofizikai kartu su kolegomis iš Dortmundo technikos universiteto ir Maxo Plancko biochemijos instituto atliko laboratorinius eksperimentus.

Pagrindinis klausimas, į kurį mokslininkai ieškojo atsakymo, buvo tai, ar natūraliomis sąlygomis įmanoma pasiekti reikiamą druskos pusiausvyrą. Cheminiu požiūriu, norint teisingai susukti RNR, reikia palyginti didelės dvigubai įkrautų magnio jonų koncentracijos ir minimalios vienkartinio krūvio natrio koncentracijos, nes pastaroji lemia netinkamą RNR grandinių susukimą.

Pirma, autoriai susintetino bazalto stiklą, susidarantį vulkanizmo metu greitai atvėsus išlydytoms uolienoms, isšliejančioms iš Žemės vidaus į paviršių. Toks stiklas susidaro, pavyzdžiui, kai bazalto lava liečiasi su vandenyno vandeniu, kas vyko ankstyvojoje Žemėje visur.

Antrame etape mokslininkai išanalizavo magnio ir natrio kiekį bazaltiniame stikle įvairiomis sąlygomis, tokiomis kaip geologinės medžiagos temperatūra ar grūdelių dydis. Vandenyje jie visuomet rasdavo žymiai daugiau natrio nei magnio, o pastarojo koncentracija buvo daug mažesnė nei reikalinga prebiotinei RNR.

Tačiau ši situacija labai pasikeitė, kai tyrėjai į sistemą įtraukė šilumos srautus, kurie, pasak autorių, greičiausiai atsirado dėl didelio geologinio aktyvumo potencialiai to meto prebiotinėje aplinkoje.

Siaurose porose ir įtrūkimuose, būdinguose bazalto stiklams, temperatūros gradientai sukelia konvekcines sroves, dėl kurių susidaro bendras jonų judėjimas prieš srovės kryptį. Šio efekto, žinomo kaip termoforezė, dydis labai priklauso nuo atitinkamų jonų dydžio ir jonų krūvio.

Eksperimentai parodė, kad konvekcijos ir termoforezės derinys galiausiai lemia vietinį magnio jonų kaupimąsi daug didesnėmis vietinėmis koncentracijomis nei natrio jonai, ir šis poveikis tik didėja didėjant sistemai.

"Mes parodėme, kad bazaltinių uolienų ir paprastų konvekcinių srautų derinys gali lemti optimalų magnio ir natrio jonų santykį natūraliomis sąlygomis", — sakė Tyrimo vadovas Kristofas ​​Mastas.