Химические реакции, имеющие ключевое значение для возникновения жизни на Земле, могли происходить, когда молекулы двигались по температурным градиентам внутри сети тонких трещин в горных породах глубоко под землей.
Такие сети, которые были распространены на ранней Земле, могли стать своего рода естественной лабораторией, в которой многие строительные блоки жизни были сконцентрированы и отделены от других органических молекул.
«Очень сложно создать более общую среду, в которой можно было бы проводить эти очищения и промежуточные этапы», — говорит Кристоф Маст из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана в Германии.
Он и его коллеги создали камеру теплового потока размером с игральную карту, чтобы смоделировать, как смесь органических молекул может вести себя при таких трещинах горных пород.
Они нагрели одну сторону камеры толщиной 170 микрометров до 25°C, а другую до 40°C, создав температурный градиент, вдоль которого молекулы будут двигаться в процессе, называемом термофорезом. Насколько чувствительна молекула к этому процессу, зависит от ее размера и электрического заряда, а также от того, как она взаимодействует с жидкостью, в которой растворена.
В ходе 18-часового эксперимента в камере теплового потока они обнаружили, что в разных частях камеры концентрируются различные молекулы в зависимости от их чувствительности к термофорезу. Среди этих молекул было много аминокислот и нуклеиновых оснований A, T, G и C, которые являются ключевым компонентом ДНК. Этот эффект еще больше усилился, когда они создали сеть из трех взаимосвязанных камер, опять же с одной стороной сети камер при 25°C, а другой - при 40°C. Дополнительные камеры дополнительно обогащали соединения, сконцентрированные в первой.
В ходе математического моделирования с 20 соединенными между собой камерами, которое, возможно, лучше напоминает сложную естественную систему трещин, они обнаружили, что обогащение различными молекулами может быть еще больше усилено. В одной камере аминокислота глицин достигла концентрации примерно в 3000 раз выше, чем концентрация другой аминокислоты, изолейцина, несмотря на то, что они вошли в сеть в той же концентрации.
Исследователи также продемонстрировали, что этот процесс обогащения может вызвать реакцию, которая в противном случае была бы чрезвычайно сложной. Они показали, что молекулы глицина способны связываться друг с другом по мере увеличения концентрации молекулы, катализирующей реакцию, называемую триметафосфатом (ТМП). По словам Маста, TMP — примечательная молекула для обогащения, поскольку на ранней Земле она была редкостью. «Поскольку [камеры] соединены случайным образом, можно реализовать любые условия реакции».
Существуют ли виды на самом деле? Гены — это судьба? Выживают только сильнейшие? Можем ли мы сформировать или остановить эволюцию? Новое понимание природы дает удивительные ответы и открывает великолепную новую картину сложности жизни.
«Чрезвычайно интересно иметь в трещине области с разным соотношением соединений. С помощью этого дополнительного дополнения вы можете создать больше разнообразия из очень простых строительных блоков», - отмечают эксперты.
Однако следует понимать, что обогащение в трещинах горных пород все еще далеко от жизнеспособного сценария возникновения жизни. В конце концов, им все равно нужно собраться вместе, чтобы сформировать что-то, напоминающее клетку или протоклетку.
