Fik livet sin start i glimmer-ler?

I mytologier og oprindelseshistorier rundt om i verden peger forskellige kulturer og religioner på ler som livets kar, det urmateriale, som skaberguder gennemsyret af en selvopretholdende tilværelse. I dag har vi biologi til at forklare, hvordan livet bliver til, men kunne disse gamle fortællinger ramme nærmere målet, end vi tror?

I et papir skrevet for at fejre arbejdet af Ned Seeman, opfinder af området for DNA-nanoteknologi, skitserer UC Santa Barbara biofysiker emerita Helen Hansma sin mangeårige idé om, at det primitive liv, i præcellulære arrangementer, der udviklede sig til vores lipid- og proteinbaserede celler, kan have fået sin start i glimmerholdigt ler. Hendes papir vises i Biophysical Journal .

Hansmas hypotese, som oprindeligt blev foreslået for næsten 16 år siden, slutter sig til mange andre spekulationer om, hvordan livet på Jorden først opstod. Blandt dem er den velkendte "RNA World", hvor selvreplikerende RNA-molekyler udviklede sig til DNA og proteiner, og "Metabolism First"-konceptet, der siger, at livet udviklede sig ud af spontane kemiske reaktioner. Der er også en "pizza"-hypotese, der hævder, at liv kunne være kommet fra jordbaserede organiske biomolekyler. Og der er andre lerhypoteser, der siger, at livet kan være opstået på montmorillonit-ler eller jernrigt ler.

Hansma satte sig ikke for at finde ud af, hvordan livet udviklede sig på Jorden, da hun først fik sin idé. Som forskningsbiofysiker og programdirektør ved National Science Foundation tilbage omkring 2007 legede hun snarere med sit yndlingslegetøj – et dissekerende mikroskop og glimmerstykker, som hun delte i ark.

"Da jeg kiggede på stumperne af grønne alger og brun crud i kanterne af glimmerpladerne, tænkte jeg, 'det her ville være et godt sted for livet at opstå'," sagde hun i en artikel skrevet til NSF om hendes arbejde.

Hendes idé inkorporerer elementer fra andre begreber om abiogenese (hvordan liv opstod fra ikke-levende materiale), idet hun hævder, at forstadier til biomolekyler og metaboliske processer alle kunne have været sammenkørt mellem lag af glimmer. Det er et miljø, der tilbød en vis beskyttelse fra omverdenen, men som alligevel gav mulighed for fri udveksling af vand og andre stoffer, der ville blive afgørende for celler.

"Mit billede er, at overfladerne af glimmerplader var et fantastisk sted for molekyler at vokse og processer til at udvikle sig, og til sidst var alt, hvad der var nødvendigt for livet, på glimmeren," sagde hun. I det væsentlige fungerede glimmer som stilladser og "reaktionskamre", hvor metaboliske processer kunne forekomme og udvikle sig. Fordelen glimmerler har i forhold til montmorillonit, tilføjede Hansma, er, at glimmer, med kaliumioner, der holder glimmerplader sammen, er ikke-kvældende og derfor giver et mere stabilt miljø. Montmorillonitplader, derimod, holdes sammen af ​​mindre natriumioner, hvilket resulterer i krympning og hævelse under våd-tørre cyklusser og et mindre stabilt miljø.

Tilstedeværelsen af ​​kaliumioner i glimmerler er en anden faktor til fordel for glimmerlerhypotesen:Cellerne i levende væsner har høje intracellulære koncentrationer af kalium, hvilket gør glimmer til "et mere sandsynligt levested for livets oprindelse end montmorillonit."

Og hvor skulle denne præbiotiske samling hente energien til at interagere og opretholde sig selv i fravær af den biokemiske energi, der nu driver vores kroppe? På det tidspunkt ville sollys have været en kandidat, foreslår Hansma, ligesom det ville have været mekanisk energi, via åbning og lukning af glimmerpladerne, mens vandet strømmede ind og ud.

"Det ser ud til at være, at disse åbne-og-lukke-bevægelser var måder at klemme molekyler sammen på, tilbage før der var kemisk energi," sagde hun. Denne tvungne nærhed kunne have fremmet interaktioner mellem molekylerne, svarende til enzymernes handlinger i dag. Forskellige interagerende molekyler ville kombineres for at danne RNA, DNA og proteiner. Lipider i blandingen ville til sidst vikle sig rundt om grupperne af store molekyler og blive til cellemembranen.

Dette er blot nogle få af argumenterne i Hansmas hypotese, der egner sig til, at livet er startet i glimmerler; other support can be found in mica's old age, and in the mineral's affinity for biomolecules and other factors that are thought to have promoted the development of life from non-living molecules.

While it's not likely that we'll ever know with certainty what happened almost 4 billion years ago, it's clear that—as Hansma says—"Life imitates mica in many ways." + Udforsk yderligere

Mica provides clue to how water transports minerals