Livets oprindelse:nye beviser, at de første celler kunne være dannet på bunden af ​​havet

Hvor kom livet fra? I de seneste år, mange videnskabsmænd har skiftet fra at foretrække en "ursuppe" i vandbassiner til hydrotermiske åbninger dybt i havet som den oprindelige kilde til liv på Jorden. Men et af de største problemer med denne idé er, at forskere ikke har været i stand til at genskabe i laboratoriet en af ​​de nøgleprocesser, der ville have været involveret, hvis denne teori var sand.

Specifikt, de har ikke været i stand til at danne simple cellemembraner under havvandslignende forhold, hvilket de fleste er enige om ville have været påkrævet for at skabe de første levende organismer. Men mine kolleger og jeg har for nylig vist, i et papir i Nature Ecology and Evolution, at kombinationen af ​​molekyler, videnskabsmænd har brugt til at genskabe disse membraner, afspejler ikke de komponenter, der ville have været tilgængelige på det tidspunkt. Faktisk, vi fandt ud af, med de rigtige ingredienser, havets udluftningsforhold er faktisk nødvendige for at danne nogle cellemembraner.

Forestil dig Jorden for 4,5 milliarder år siden. Den periode af geologisk historie, vi kalder Hadean, var ikke så helvedes, som vi engang troede. Det var ikke et hav af lava drevet af utallige vulkaner, selvom de bestemt eksisterede. Det var sandsynligvis mere som små områder med stenet overflade omgivet af et betydeligt globalt vandhav.

Men det var ikke havet, vi kender i dag. Det var varmere, mere syrlig og rig på jern. Atmosfæren var for det meste nitrogen, kuldioxid og ingen ilt. Der var heller ikke noget liv. Men dybt nede på bunden af ​​havet, noget begyndte at ske.

Varme kemikalier, der steg gennem havbunden, muliggjorde en kemisk reaktion mellem brint og kuldioxid, producerer simple organiske forbindelser. Disse organiske molekyler reagerede og dannede stadig mere komplekse forbindelser. Disse blev indkapslet i simple cellemembraner og voksede yderligere i kompleksitet, producerer molekyler, der kunne bære information og til sidst DNA. Disse var de første levende celler, der kunne vokse, opdele og udvikle sig.

Det kan i hvert fald være sådan, livet på Jorden begyndte. Der er stadig mange forskellige teorier om, hvordan og hvor livet startede, herunder dem, der foreslår hydrotermiske damme, indlandsis eller endda det ydre rum. For at prøve at forstå, hvilke af disse indstillinger der er mest plausible, forskere tager de forskellige komponenter, der er afgørende for livet, og ser, om vi kan finde en måde at reproducere dem under forskellige forhold i laboratoriet.

Vi forsøger ikke at skabe liv, blot de forskellige stumper og stykker, det kræver. Ikke alle kan blive enige om, hvad livet egentlig er, men én ting, som mange videnskabsmænd på dette område er enige om, er, at den første levende organisme ville have haft en cellemembran.

Cellemembraner består for det meste af fosfolipider, som er sammensat af simple molekyler inklusive fedtsyrer, isoprenoider og sukkerarter. Fosfolipider produceres kun af levende organismer. Men fedtsyrer kan dannes i miljøet gennem reaktioner mellem sten og vand, og isoprenoider eller lignende molekyler kan også fremstilles på denne måde.

Disse simple molekyler danner membranstrukturer kaldet vesikler, som er cellelignende ved, at de danner en dobbeltlagsmembran, der omgiver et rum fyldt med vand. Det viser sig, at vesikler kan udføre mange af de samme funktioner som cellemembraner. Dette har fået forskere fra livets oprindelse til at undersøge muligheden for, at vesikler kan have været de første cellemembraner, giver dem titlen "protoceller".

Der er udført en del forsøg på protoceller for at se, om de kan modstå de miljømæssige forhold, der er nødvendige for de første levende celler. For eksempel, de dannes let i vand, kan indkapsle andre organiske molekyler, og det DNA-lignende molekyle RNA kan laves inde i dem. Et stort problem er, at disse protoceller ikke kan lide salt. Faktisk, de hader det.

Forskere har vist, at protoceller bare ikke vil dannes i nærværelse af koncentrationer af natriumchlorid, magnesium og calcium findes i havvand. Dette har fået nogle til at hævde, at livet umuligt kunne være startet i havet.

Nødvendige forhold

Men mine kolleger og jeg bemærkede noget ved al denne tidligere forskning. De kunstige protoceller blev lavet af mellem en og tre typer molekyler, selvom eksperimenter har vist, at der ville være mange flere molekyler tilgængelige i urhavet.

Når vi brugte en kombination af 14 molekyler, vi fandt ud af, at vi kunne danne protoceller, der kunne indkapsle organiske molekyler, selv i blandinger af natriumchlorid, magnesium og calcium i havvandskoncentrationer. Opløsningerne skulle være omkring 70°C og alkaliske, omkring pH 12.

Vores arbejde viser ikke kun, at disse protoceller kan dannes under de forhold, der skabes af hydrotermiske ventilationskanaler, men at de faktisk har brug for disse betingelser for at overleve. Dette beviser ikke, at livet startede i åbningerne, men det fornyer muligheden for, at det gjorde det. Det er også relevant for søgen efter liv på andre planeter. Det er muligt, at der findes alkaliske hydrotermiske åbninger på bunden af ​​havene på de iskolde måner af Jupiter og Saturn.

Imidlertid, problemet med livets oprindelse er ikke løst endnu, med løbende lovende forskning fra flere forskellige teorier. Det er en meget spændende tid for feltet, og vi kommer langsomt tættere på svaret på et af livets mest fundamentale spørgsmål. Vi har vist, at der kan dannes membraner, hvor man tidligere troede det var umuligt. Hvem ved, hvad der vil blive bevist muligt i fremtiden? Som bevis bygger for hver af disse teorier, til sidst vil det blive klart, hvilket miljø der var det mest sandsynlige sted for livets oprindelse.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.