אבני הבניין של לייף נוצרות בפתחי פתחי ים עמוקים משוכפלים

פתחי אוורור הידרותרמיים אלקליין, מקור החיים

פתחי אוורור הידרותרמי אלקליין מילאו תפקיד במקור החיים. (אשראי תמונה: NOAA)



מבנים מינרליים דמויי ארובה על קרקעית הים יכלו לסייע ביצירת מולקולות ה- RNA שהולידו חיים על כדור הארץ ולהבטיח הבטחת הופעת חיים על כוכבי לכת רחוקים.

מדענים חושבים שכדור הארץ נולד לפני כ -4.54 מיליארד שנים. החיים על פני כדור הארץ עשויים להיות כמעט כל כך ישנים עם ממצאים עדכניים המצביעים על כך שחיים עלולים להופיע רק בערך 440 מיליון שנה לאחר היווצרות כדור הארץ .

עם זאת, נותרה בגדר תעלומה כיצד החיים עלולים להיווצר לראשונה. אבני הבניין העיקריות של החיים כיום הן DNA, שיכול לאחסן נתונים גנטיים וחלבונים, הכוללים אנזימים שיכולים לכוון תגובות כימיות. עם זאת, דנ'א דורש חלבונים על מנת להיווצר, וחלבונים צריכים להיווצר דנ'א, מה שמעלה את שאלת התרנגולת והביצה כיצד היו יכולים להיווצר חלבון ודנ'א זה בלי זה. [ 7 תיאוריות על מוצא החיים ]



כדי לפתור את הבעיה הזו, מדענים הציעו כי ייתכן שהחיים היו תלויים בעיקר בתרכובות הידועות בשם RNA. מולקולות אלה יכולות לאחסן נתונים גנטיים כמו DNA, לשמש כאנזימים כמו חלבונים, ולעזור ליצור הן DNA והן חלבונים. מאוחר יותר DNA וחלבונים החליפו זאת ' עולם ה- RNA כי הם יעילים יותר בתפקודים שלהם, למרות ש- RNA עדיין קיים ומשרת תפקידים חיוניים בביולוגיה.

עם זאת, עדיין לא ברור כיצד RNA עלולה להיווצר ממקדמים פשוטים יותר במרק הקדמוני שהיה קיים על פני כדור הארץ לפני שמקורם של החיים. בדומה ל- DNA, RNA מורכב ומורכב משרשראות בצורת סליל של מולקולות קטנות יותר הידועות בשם נוקלאוטידים.

אחת הדרכים שבהן RNA יכול היה להיווצר לראשונה היא בעזרת מינרלים, כגון מתכת הידרדים. מינרלים אלה יכולים לשמש כזרזים, מסייעים ביצירת תרכובות אורגניות קטנות מאבני בניין לא אורגניות. מינרלים כאלה נמצאים באלקליין פתחי אוורור הידרותרמיים על קרקעית הים.



פתחי אוורור הידרותרמיים אלקליין הם גם ביתם של מבנים גדולים דמויי ארובה העשירים בברזל וגופרית. מחקרים קודמים העלו כי עמיתיהם הקדומים של הארובות הללו עשויים לבודד ולרכז מולקולות אורגניות יחד, דבר שידרבן את מקור החיים על פני כדור הארץ.

כדי לראות עד כמה ארובות אלו תומכות ביצירת מחרוזות של RNA, חוקרים סינתזו ארובות באמצעות הזרקת פתרונות המכילים ברזל, גופרית וסיליקון לאט לאט לתוך צנצנות זכוכית. בהתאם לריכוז הכימיקלים השונים המשמשים לגידול מבנים אלה, הארובות היו תלים עם מרכזי חלולים בודדים או, לעתים קרובות יותר, צריחים ו'גינות כימיות 'עם צינורות חלולים מרובים.

מבנים מינרליים דמויי ארובה שנוצרו במעבדה שנוצרו מתמיסות המכילות ברזל, גופרית וסיליקון תחת) ריכוזים נמוכים וב) ריכוזים גבוהים. מבנים א) מייצגים תצורות תל (משמאל) וציר (מימין), בעוד שבב) מייצגות תצורות גינה כימיות.



מבנים מינרליים דמויי ארובה שנוצרו במעבדה שנוצרו מתמיסות המכילות ברזל, גופרית וסיליקון תחת) ריכוזים נמוכים וב) ריכוזים גבוהים. מבנים א) מייצגים תצורות תל (משמאל) וציר (מימין), בעוד שבב) מייצגות תצורות גינה כימיות.(אשראי תמונה: בראדלי בורקר ואח ', אסטרוביולוגיה.)

'היכולת לבצע את הניסויים שלנו במבני ארובה שנראו כמו משהו שאפשר להיתקל בו באזורים האפלים יותר של כדור הארץ התיכון של טולקין נתנה למחקרים אלה הקשר גיאולוגי שעורר את הדמיון', אמרה מחברת המחקר לינדה מקגאון, כימאית אנליטית ואסטרוביולוג. במכון הפוליטכני Rensselaer בטרויה, ניו יורק

הארובות גדלו בנוזלים וגזים הדומים לאוקיינוסים ולאטמוספירה של כדור הארץ המוקדם. הנוזלים היו חומציים ומועשרים בברזל, בעוד שהגזים היו עשירים בחנקן וללא חמצן. המדענים דחפו אז מזרקים במעלה הארובות כדי לשאוב תמיסות בסיסיות המכילות מגוון כימיקלים לאוקיינוסים המודליים. זה מדמה נוזל פורקן עתיק שחלחל לים קמאי.

לפעמים החוקרים הוסיפו חרס מונטמורליניט לצנצנות הזכוכית שלהם. חרס מיוצר על ידי אינטראקציות בין מים לסלע, וכנראה שהיה נפוץ בכדור הארץ המוקדם, אמר מקגאון.

סוג הנוקלאוטידים המרכיבים את ה- RNA ידועים בשם ריבונוקלאוטידים, מכיוון שהם מיוצרים עם הסוכר ריבוז. המדענים גילו כי ריבונוקלוטידים שלא השתנו יכולים ליצור מחרוזות של שני נוקלאוטידים. בנוסף, ריבונוקליאוטידים 'מופעלים' עם תרכובת הידועה בשם אימידאזול - מולקולה הנוצרת במהלך תגובות כימיות המסנתזות נוקלאוטידים - עלולה ליצור מחרוזות או פולימרים של עד ארבעה ריבונוקליאוטידים. [ 10 כוכבי לכת שעשויים לארח חיי חייזרים ]

'על מנת לראות פילמור משמעותי של RNA בסולם הזמן של ניסויי מעבדה, בדרך כלל יש צורך להפעיל את הנוקלאוטידים', אמר מקגאון. 'אימידאזול משמש בדרך כלל להפעלת נוקלאוטידים בניסויים מסוג זה.'

המדענים גילו כי לא רק שהרכב הכימי של הארובות חשוב כאשר מדובר יצירת RNA אבל גם המבנה הפיזי של הארובות היה המפתח. כאשר החוקרים ערבבו פתרונות ברזל, גופרית וסיליקון לאוקיינוסים המדומים שלהם, במקום להזריק אותם לאט למי הים כדי ליצור ארובות, התערובת שהתקבלה לא יכלה לעורר יצירת RNA.

'הארובות, ולא רק המרכיבים שלהן, אחראיות לפילמור', אמר מקגאון.

ניסויים אלה מראים לראשונה כי RNAs יכולים להיווצר בארובות הידרותרמיות אלקליות, אם כי אלה סינתטיות.

'המטרה שלנו מתחילת מחקר פילמור ה- RNA שלנו הייתה למקם את ניסויי פילמור ה- RNA קרוב ככל האפשר בהקשר של סביבות כדור הארץ המוקדמות ביותר,' אמר מקגאון. 'רוב המחקרים הקודמים של פילמור RNA התמקדו בסביבות פני השטח, וחקירת פתחי אוורור הידרותרמיים באוקיינוס ​​העמוק יכולים להניב אפשרויות חדשות ומרגשות להופעתו של עולם RNA.'

דאגה אחת לממצאים אלה היא שהניסויים בוצעו בטמפרטורת החדר. פתחי אוורור הידרותרמיים הרבה יותר חמים, וטמפרטורות כאלה עלולות להרוס RNA. [ וידאו: החיפוש אחר כדור הארץ אחר ]

'עם זאת, זכור כי פתחי אוורור הידרותרמיים הם מערכות דינאמיות עם שיפוע של תנאים כימיים ופיזיים, כולל טמפרטורה', אמר מקגאון.

באופן עקרוני, חלקים קרירים יותר של פתחי אוורור הידרותרמיים עשויים לטפח RNA ומולקולות מבשר שלה, אמרה.

בעתיד, מקגאון ועמיתיה יבצעו ניסויים שיבדקו אילו השפעות משתנים כמו לחץ, טמפרטורה ומינרלוגיה על היווצרות מולקולות RNA, יתמקדו בעיקר בתנאים המחקים סביבות עמוקות באוקיינוס ​​העמוק בכדור הארץ המוקדם ואלו שעשויים להיות גם קיים על מאדים ובמקומות אחרים, אמר מקגאון.

המדענים פירטו הממצאים שלהם בגיליון 22 ביולי של כתב העתאסטרוביולוגיה.

הסיפור הזה סופק על ידי מגזין אסטרוביולוגיה , פרסום מבוסס אינטרנט בחסות NASA תוכנית אסטרוביולוגיה . לעקוב אחר demokratija.eu @Spacedotcom , פייסבוק ו Google+ .