לפני שהחיים בכדור הארץ התהפכו, לפני כ -3.5 מיליארד שנה, האוקיינוסים היו מרק של מולקולות מעורבבות באופן אקראי. ואז, איכשהו, חלק מאותן מולקולות סידרו את עצמן למחרוזות מסודרות של DNA, קירות תאים מגן ומבנים זעירים דמויי איבר המסוגלים להחזיק את התאים בחיים ולתפקד. אבל איך שהם הצליחו להשיג את הארגון הזה, כבר הרבה זמן מדאיגים את המדע. כעת, ביו-פיזיקאים מאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן במינכן חושבים שיש להם תשובה: בועות.
ראשית החיים לא היו מיידיים. מולקולות מבשר מוקדם הפכו איכשהו לאבני הבניין של החיים, כמו RNA, DNA, מלחים וליפידים. ואז, אותן מולקולות התארגנו ליצירת הגרסאות הראשונות הראשונות לתאים, שהפכו אז לאורגניזמים החד-תאיים.
דיטר בראון מאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאנס, המחבר הראשי של המחקר, אמר ל- Live Science: "זה הבסיס לכל המינים החיים".
אולם על מנת שהתאים ייווצרו, יתחילו לשכפל ולקחת חיים משלהם בכדור הארץ הקדמוני, עם זאת, כל החלקים הכימיים שנדרשים להתחבר, אמר בראון.
באוקיינוס העמוק, בו מדענים רבים חושבים שהחיים התחילו את דרכם, יתכן כי מולקולות כמו ליפידים, RNA ו- DNA היו קיימות; אבל למרות זאת, הם היו פרוסים מדי מכדי שכל דבר מעניין יקרה.
"המולקולות הולכות לאיבוד. הן מתפזרות," אמר בראון. "התגובות לא רק מתרחשות מעצמן."
מדענים מסכימים כי היה צורך בכוח כלשהו בכדי שהמולקולות יצטברו ותגיבו זו עם זו, אמר הנדרסון קליבס, כימאי במכון הטכנולוגי בטוקיו, ל- Live Science. החוקרים פשוט לא מסכימים מה היה הכוח הזה.
כאן נכנסות בועות.
בועות היו בכל מקום בנוף הים הקדום של כדור הארץ. הרי געש עמוקים בים עמוק פיזרו פלומות תוספות. הכדורים האווריריים האלה התיישבו על הסלע הוולקני הנקבובי. אלה היו התנאים שבראון ועמיתיו ביקשו לשכפל. הם יצרו כלי מחומר נקבובי שמחקה את מרקמו של סלע וולקני, ואז מילאו אותו, בתורו, בשישה פתרונות שונים, שכל אחד מהם מדגמן שלב אחר בתהליך היווצרות החיים. פיתרון אחד, המייצג שלב מוקדם, הכיל סוכר בשם RAO, שהיה נחוץ בבניית נוקלאוטידים, אבני הבניין של RNA ו- DNA. פתרונות אחרים, המייצגים את השלבים המאוחרים יותר, הכילו את ה- RNA עצמו, כמו גם את השומנים הדרושים לבניית קירות תאים.
לאחר מכן, החוקרים חיממו את הפיתרון בקצה האחד וקיררו אותו בצד השני. הם יצרו משהו שנקרא "שיפוע תרמי", בו הטמפרטורה משתנה בהדרגה מקצה לקצה, בדומה לאופן שבו המים הסובלים מפלחות תרמיות בים עמוק משתנים בהדרגה מחום לקור.
"זה כמו מיקרו-אוקיאנוס," אמר בראון.
בכל פיתרון שינוי הטמפרטורה מכריח את המולקולות להתגבש - והם סובבו לכיוון הבועות שנוצרות באופן טבעי בתנאים אלה. כמעט מייד הם התחילו להגיב.
סוכרים יצרו גבישים, מעין שלד ל- RNA ונוקליאוטידים ב- DNA. חומצות יצרו שרשראות ארוכות יותר, ועשו צעד נוסף לעבר היווצרות מולקולות מורכבות, דמויות RNA. לבסוף, המולקולות סידרו את עצמן למבנים שדמו לתאים פשוטים. במובן בסיסי, אמר בראון, התאים הם מולקולות הכלולות בשקיות עשויות שומנים. זה בדיוק מה שקרה על פני הבועות שלו: השומנים מסדרים את עצמם בתחומים סביב ה- RNA ומולקולות אחרות.
המפתיע ביותר עבור בראון ועמיתיו, הוא אמר, היה באיזו מהירות התרחשו השינויים הללו, תוך פחות מ -30 דקות.
"נדהמתי," אמר. למרות שזו הפעם הראשונה שהוא ועמיתיו בוחנים ספציפית בועות, החוקרים ניסו בעבר לשכפל כיצד המולקולות הביולוגיות הללו עוברות את התגובות המורכבות הנחוצות לחיים. בדרך כלל, לדבריו, התגובות הללו אורכות שעות.
עם זאת, ישנם כימאים הספקנים כי הבועות של בראון הן ייצוג מדויק של הסביבה הקדמונית. בראון ועמיתיו גרעו לפיתרון שלהם ברבות מהמולקולות המורכבות הדרושות לכל החיים. אפילו הפתרונות הפשוטים ביותר שלהם עדיין ייצגו שלבים מאוחרים יותר של תהליך היווצרות החיים, אמר רימנראייאן קרישנמורתי, כימאי במכון סקריפס לאוקיאנוגרפיה שלא היה מעורב במחקר, אמר ל- Live Science. זה קצת כמו לאפות עוגה בתערובת קופסאות, ולא להתחיל מהתחלה.
לעומת זאת, לאוקיאנוסים העתיקים לא היו התנאים הנכונים ליצירת מולקולות ראשוניות אלה, אמר קרישנמורטי.
בנוסף, ניסוי הבועה התרחש בקנה מידה זעיר. זה חשוב, מכיוון שזה אומר שהשינוי בטמפרטורה מקצה הבדיקה לקצה היה מאוד פתאומי. במציאות, מדרגות התרמיות מתחת לאוקיאנוס הן הדרגתיות יותר, אמר קליבס.
ובכל זאת, בראון טען שיש כמה סיבות לכך שבועות עשויות להיות המקום האידיאלי לראשית החיים. ראשית, הם מספקים ממשק מושלם בין אוויר למים. בלי אוויר, הרבה מהתגובות הנחוצות לחיים לא היו יכולות לקרות. לדוגמה, זרחן, תגובה המאפשרת למולקולות קטנות ליצור מיתרים מולקולריים מורכבים, צריכה להתרחש בתנאים יבשים לפחות. בתוך הבועות, זו לא בעיה; אף שהם זעירים, בועות מספקות את הסביבה המושלמת לתגובות אלה להתייבש, לפחות באופן זמני.
אבל יש עוד תפקיד חשוב שבועות יכולות למלא: הן יוצרות סדר. במים דוממים, מולקולות מתפשטות בדרך כלל ללא סידור מסוים. עם זאת, בועות נותנות למולקולות - ואולי ראשית החיים - משהו להיצמד אליו בעולם כאוטי.
