Enne elu tekkimist Maal, umbes 3,5 miljardit aastat tagasi, olid ookeanid juhuslikult hüpitud molekulide supp. Siis kuidagi paigutasid need molekulid end hästi organiseeritud DNA stringidesse, kaitsvatesse rakuseintesse ja pisikestesse elunditaolistesse struktuuridesse, mis on võimelised rakke elus hoidma ja toimima. Kuid see, kuidas nad selle organisatsiooni teostasid, on teadlasi juba ammu hämmingus. Nüüd arvavad Müncheni Ludwig-Maximilians University biofüüsikud, et neil on vastus: mullid.
Elu algus ei olnud hetkeline. Varased eellasmolekulid muunduvad kuidagi elu alustaladeks, nagu RNA, DNA, soolad ja lipiidid. Seejärel organiseeriti need molekulid rakkude esimeste varajaste versioonide moodustamiseks, millest said siis esimesed üherakulised organismid.
"See on kõigi elavate liikide alus," rääkis uuringu juhtiv autor Dieter Braun Ludwig-Maximilians Universityst Live Science'ile.
Braun ütles, et selleks, et rakud moodustuksid, hakkaksid replitseeruma ja elaksid ürgsel Maal omaette elu, olid kõik keemilised osad kõigepealt kokku tulnud.
Sügavas ookeanis, kus paljude teadlaste arvates sai elu alguse, võisid olla molekulid nagu lipiidid, RNA ja DNA; kuid isegi nii oleks nad olnud liiga laiali, et midagi huvitavat juhtuda.
"Molekulid eksivad ära. Nad hajuvad," ütles Braun. "Reaktsioonid ei toimu lihtsalt iseenesest."
Teadlased nõustuvad, et molekulide agregeerumiseks ja üksteisega reageerimiseks oli vaja teatud jõudu, ütles Tokyo tehnikainstituudi keemik Henderson Cleaves Live Science'ile. Teadlased lihtsalt pole nõus, mis see jõud oli.
Sealt tulevad mullid.
Mullid olid kõikjal Maa varajases merepildis. Soojad süvamere vulkaanid õhutasid õhku eralduvaid torusid. Need õhulised orbid asusid poorse vulkaanilise kivi otsa. Need olid tingimused, mida Braun ja ta kolleegid üritasid korrata. Nad lõid vulkaanilise kivimi tekstuuri jäljendavast poorsest materjalist anuma, seejärel täitsid selle omakorda kuue erineva lahendusega, millest igaüks modelleeris elu kujundamise erinevat etappi. Üks varajast etappi esindav lahendus sisaldas suhkrut nimega RAO, mis oleks olnud vajalik nukleotiidide, RNA ja DNA ehitusplokkide konstrueerimisel. Muud hilisemaid etappe esindavad lahendused sisaldasid RNA-d ise, aga ka raku seinte ehitamiseks vajalikke rasvu.
Seejärel kuumutasid teadlased lahust ühest otsast ja jahutasid teiselt poolt. Nad lõid nn termilist gradienti, mille käigus temperatuur järk-järgult ühest otsast teise muutub, sarnaselt sellele, kuidas vesi süvamere termiliste õhuavade lähedal järk-järgult kuumusest külma muutub.
"See on nagu mikroookean," ütles Braun.
Igas lahuses sunnib temperatuurimuutus molekule klimbima - ja need tõmbusid nendesse mullidesse, mis nendes tingimustes looduslikult tekivad. Peaaegu kohe hakkasid nad reageerima.
Suhkrud moodustasid kristallid, omamoodi skelett RNA ja DNA nukleotiidide jaoks. Happed moodustasid pikemad ahelad, astudes veel ühe sammu keerukate RNA-sarnaste molekulide moodustumise poole. Lõpuks paigutasid molekulid struktuuridesse, mis meenutasid lihtsaid rakke. Braun ütles, et rakud on molekulid, mis on ümbritsetud rasvadest kottidega. Täpselt nii juhtuski tema mullide pinnal: rasvad paigutasid end RNA ja teiste molekulide ümber paiknevatesse sfääridesse.
Brauni ja tema kolleegide jaoks kõige üllatavam oli tema sõnul see, kui kiiresti need muutused aset leidsid, vähem kui 30 minutiga.
"Olin jahmunud," ütles ta. Kuigi see on esimene kord, kui ta ja ta kolleegid vaatasid spetsiaalselt mullide teket, on teadlased proovinud varem korrata, kuidas need bioloogilised molekulid läbivad eluks vajalikud keerulised reaktsioonid. Tavaliselt võtavad need reaktsioonid tema sõnul tundi.
Mõned keemikud on skeptilised, et Brauni mullid on ürgkeskkonna täpne kujutis. Braun ja tema kolleegid külvasid oma lahenduse paljude eluks vajalike keerukate molekulidega. Isegi nende kõige lihtsamad lahendused esindasid endiselt elu kujunemise hilisemaid etappe, rääkis uuringus mitteosalenud Scrippsi okeanograafiainstituudi keemik Ramanarayanan Krishnamurthy Live Science'ile. See on natuke nagu kooki küpsetamine karbiseguga, selle asemel, et alustada nullist.
Seevastu muistsetel ookeanidel ei pruukinud nende algmolekulide moodustamiseks olla õigeid tingimusi, ütles Krishnamurthy.
Lisaks toimus mullikatse pisikesel skaalal. See on oluline, kuna see tähendab, et temperatuuri muutus testi ühest otsast teise oli väga järsk. Tegelikult on ookeani all olevad termilised gradiendid järkjärgulisemad, ütles Cleaves.
Braun väitis siiski, et on mõned põhjused, miks mullid võivad olla elu alustamiseks ideaalne koht. Esiteks pakuvad need täiuslikku liidest õhu ja vee vahel. Ilma õhuta ei saaks paljud eluks vajalikke reaktsioone juhtuda. Näiteks fosforüülimine - reaktsioon, mis võimaldab väikestel molekulidel moodustada keerulisi molekulaarseid stringe - peab toimuma vähemalt osaliselt kuivades tingimustes. Mullide sees pole see probleem; kuigi mullid on pisikesed, pakuvad need mullide jaoks ideaalset keskkonda, et need reaktsioonid vähemalt ajutiselt kuivada.
Kuid seal on veel üks oluline roll, mida mullid võivad mängida: Nad loovad korra. Veelises vees levivad molekulid tavaliselt ilma konkreetse paigutuseta. Mullid annavad molekulidele - ja võib-olla ka elu algusele - võimaluse kaootilises maailmas klammerduda.
