قبل ظهور الحياة على الأرض ، قبل حوالي 3.5 مليار سنة ، كانت المحيطات حساءًا لجزيئات مختلطة عشوائيًا. بعد ذلك ، بطريقة ما ، رتبت بعض هذه الجزيئات نفسها في سلاسل منظمة جيدًا من الحمض النووي وجدران الخلايا الواقية وهياكل صغيرة تشبه الأعضاء قادرة على إبقاء الخلايا حية وتعمل. ولكن كيف أنجزوا هذه المنظمة حير العلماء منذ فترة طويلة. يعتقد علماء الفيزياء الحيوية في جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ أن لديهم إجابة: فقاعات.
لم تكن بدايات الحياة فورية. تحولت جزيئات السلائف المبكرة بطريقة ما إلى لبنات بناء الحياة ، مثل الحمض النووي الريبي والحمض النووي والأملاح والدهون. بعد ذلك ، نظمت تلك الجزيئات لتكوين أول النسخ المبكرة للخلايا ، والتي أصبحت بعد ذلك أول كائنات وحيدة الخلية.
وقال ديتر براون ، من جامعة لودفيغ ماكسيميليان ، لـ Live Science: "هذا هو الأساس لجميع الأنواع الحية".
وقال براون من أجل أن تتشكل الخلايا ، تبدأ في التكاثر وتعيش حياة خاصة بها على الأرض البدائية ، ومع ذلك ، فإن جميع الأجزاء الكيميائية كانت بحاجة إلى الالتقاء أولاً.
في أعماق المحيطات ، حيث يعتقد العديد من العلماء أن الحياة بدأت ، قد تكون جزيئات مثل الدهون والحمض النووي الريبي والحمض النووي موجودة. ولكن حتى مع ذلك ، لكانوا قد انتشروا جدًا لحدوث أي شيء مثير للاهتمام.
قال براون: "تضيع الجزيئات. تنتشر". "ردود الفعل لن تحدث من تلقاء نفسها".
وقال هندرسون كليفس ، الكيميائي في معهد طوكيو للتكنولوجيا ، لـ Live Science ، إن العلماء يتفقون على أن بعض القوة كانت ضرورية للجزيئات لكي تتجمع وتتفاعل مع بعضها البعض. لا يوافق الباحثون على ما هي تلك القوة.
هذا هو المكان الذي تأتي فيه الفقاعات.
كانت الفقاعات موجودة في كل مكان في مناظر البحار المبكرة. دفعت البراكين الدافئة في أعماق البحار أعمدة فوارة. استقرت تلك الأجرام متجددة الهواء على الصخور البركانية المسامية. كانت هذه هي الظروف التي سعى براون وزملاؤه إلى تكرارها. لقد صنعوا وعاءًا من مادة مسامية تحاكي نسيج الصخور البركانية ، ثم ملأوها ، بدورها ، بستة حلول مختلفة ، كل منها يمثل مرحلة مختلفة في عملية تكوين الحياة. يحتوي أحد الحلول ، الذي يمثل خطوة مبكرة ، على سكر يسمى RAO ، والذي كان سيكون ضروريًا في بناء النيوكليوتيدات ، وكتل البناء لل RNA والحمض النووي. تحتوي الحلول الأخرى ، التي تمثل المراحل اللاحقة ، على الحمض النووي الريبي نفسه ، وكذلك الدهون اللازمة لبناء جدران الخلايا.
ثم قام الباحثون بتسخين المحلول من جهة وتبريده من جهة أخرى. كانوا يخلقون شيئًا يسمى "التدرج الحراري" ، حيث تتغير درجة الحرارة تدريجيًا من طرف إلى آخر ، على غرار الطريقة التي تتغير بها المياه بالقرب من فتحات التهوية الحرارية في أعماق البحار تدريجيًا من الحرارة إلى الباردة.
قال براون: "إنها مثل المحيط الصغير".
في كل حل ، يجبر تغير درجة الحرارة الجزيئات على التكتل - وهي تنجذب نحو الفقاعات التي تتكون بشكل طبيعي في ظل هذه الظروف. على الفور تقريبًا ، بدأوا في التفاعل.
شكلت السكريات بلورات ، وهو نوع من الهيكل العظمي للنوكليوتيدات RNA والحمض النووي. شكلت الأحماض سلاسل أطول ، وتتخذ خطوة أخرى نحو تكوين جزيئات معقدة تشبه الحمض النووي الريبي. وأخيرًا ، رتبت الجزيئات نفسها في هياكل تشبه الخلايا البسيطة. وقال براون إن الخلايا هي عبارة عن جزيئات مغلفة في أكياس مصنوعة من الدهون. هذا بالضبط ما حدث على سطح فقاعاته: رتبت الدهون نفسها في مجالات حول الرنا وجزيئات أخرى.
وقال إن أكثر ما أثار دهشة براون وزملائه هو مدى سرعة حدوث هذه التغييرات في أقل من 30 دقيقة.
قال "لقد دهشت". على الرغم من أن هذه هي المرة الأولى التي ينظر فيها هو وزملاؤه على وجه التحديد إلى الفقاعات ، فقد حاول الباحثون في السابق تكرار كيفية خضوع هذه الجزيئات البيولوجية للتفاعلات المعقدة اللازمة للحياة. وقال إن ردود الفعل هذه تستغرق ساعات عادة.
لكن بعض الكيميائيين يشككون في أن فقاعات براون هي تمثيل دقيق للبيئة البدائية. قام براون وزملاؤه ببذر حلهم بالعديد من الجزيئات المعقدة اللازمة للحياة. قال Ramanarayanan Krishnamurthy ، الكيميائي في معهد سكريبس لعلوم المحيطات الذي لم يشارك في الدراسة ، لـ Live Science: حتى حلولها الأبسط لا تزال تمثل المراحل اللاحقة من عملية تكوين الحياة. يشبه ذلك خبز كعكة مع مزيج صندوق ، بدلاً من البدء من نقطة الصفر.
على النقيض من ذلك ، قال كريشنامورثي إن المحيطات القديمة ربما لم تكن لديها الظروف المناسبة لتشكيل هذه الجزيئات الأولية.
بالإضافة إلى ذلك ، جرت تجربة الفقاعة على نطاق صغير. هذا مهم ، لأنه يعني أن التغير في درجة الحرارة من أحد طرفي الاختبار إلى التالي كان مفاجئًا للغاية. وقال كليفز إن التدرجات الحرارية تحت المحيط في الواقع أكثر تدريجيًا.
ومع ذلك ، جادل براون بأن هناك بعض الأسباب التي تجعل الفقاعات المكان المثالي لبدايات الحياة. أولاً ، أنها توفر واجهة مثالية بين الهواء والماء. بدون الهواء ، لا يمكن أن تحدث العديد من ردود الفعل اللازمة للحياة. على سبيل المثال ، يجب أن يحدث الفسفرة ، وهو تفاعل يمكّن الجزيئات الصغيرة من تكوين سلاسل جزيئية معقدة ، في ظل ظروف جافة جزئيًا على الأقل. داخل الفقاعات ، هذه ليست مشكلة. على الرغم من أنها فقاعات صغيرة ، إلا أنها توفر بيئة مثالية لتجف هذه التفاعلات ، مؤقتًا على الأقل.
ولكن هناك دور مهم آخر يمكن أن تلعبه الفقاعات: إنها تخلق النظام. في الماء الثابت ، تنتشر الجزيئات عادة بدون ترتيب معين. ومع ذلك ، فإن الفقاعات تعطي الجزيئات - وربما بدايات الحياة - شيئًا يتمسك به في عالم فوضوي.
