ก่อนที่จะมีสิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อนมหาสมุทรเป็นซุปของโมเลกุลที่สั่นสะเทือนแบบสุ่ม จากนั้นบางส่วนของโมเลกุลเหล่านั้นจัดเรียงตัวเองเป็น DNA ที่จัดเรียงอย่างดีผนังเซลล์ป้องกันและโครงสร้างคล้ายอวัยวะเล็ก ๆ ที่สามารถทำให้เซลล์มีชีวิตและทำงานได้ แต่พวกเขาประสบความสำเร็จในองค์กรนี้ได้อย่างไรนักวิทยาศาสตร์งุนงงมานาน ตอนนี้นักฟิสิกส์ชีวภาพที่ Ludwig-Maximilians University ในมิวนิคคิดว่าพวกเขามีคำตอบ: ฟอง
จุดเริ่มต้นของชีวิตไม่ได้เกิดขึ้นทันที โมเลกุลของสารตั้งต้นในยุคแรกจะถูกเปลี่ยนเป็นหน่วยการสร้างของสิ่งมีชีวิตเช่น RNA, DNA, เกลือและไขมัน จากนั้นโมเลกุลเหล่านั้นจัดเป็นเซลล์รุ่นแรก ๆ ซึ่งจะกลายเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเซลล์แรก
"นี่เป็นพื้นฐานสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด" Dieter Braun แห่ง Ludwig-Maximilians University ผู้เขียนนำการศึกษากล่าวกับ Live Science
เพื่อให้เซลล์ก่อตัวขึ้นเริ่มทำซ้ำและใช้ชีวิตของตัวเองบนโลกดึกดำบรรพ์อย่างไรก็ตามชิ้นส่วนเคมีทั้งหมดจำเป็นต้องมารวมตัวกันก่อน
ในมหาสมุทรลึกที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าชีวิตมีจุดเริ่มต้นโมเลกุลเช่น lipids, RNA และ DNA อาจมีอยู่ แต่ถึงกระนั้นพวกเขาก็จะได้รับการแพร่กระจายเกินไปสำหรับสิ่งที่น่าสนใจที่จะเกิดขึ้น
“ โมเลกุลหายไปพวกมันกระจาย” เบราน์กล่าว “ ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นเพียงอย่างเดียว”
นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าแรงบางอย่างเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับโมเลกุลในการรวมตัวและตอบสนองซึ่งกันและกันเฮนเดอร์สันคลีฟนักเคมีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวบอกกับวิทยาศาสตร์ไลฟ์ นักวิจัยไม่เห็นด้วยกับแรงนั้น
นั่นคือที่มาของฟอง
ฟองสบู่มีอยู่ทั่วไปในทะเลในยุคแรก ๆ ของโลก ภูเขาไฟทะเลลึกที่อบอุ่นปะทุขนฟูเป็นฟอง ลูกกลมโปร่งเหล่านั้นตั้งอยู่บนหินภูเขาไฟที่มีรูพรุน สิ่งเหล่านี้เป็นเงื่อนไขที่ Braun และเพื่อนร่วมงานของเขาพยายามทำซ้ำ พวกเขาสร้างเรือจากวัสดุที่มีรูพรุนซึ่งเลียนแบบพื้นผิวของหินภูเขาไฟจากนั้นเติมด้วยวิธีที่แตกต่างกันหกวิธีแต่ละแบบจำลองขั้นตอนที่แตกต่างกันในกระบวนการสร้างสิ่งมีชีวิต ทางออกหนึ่งซึ่งเป็นขั้นตอนแรกประกอบด้วยน้ำตาลที่เรียกว่า RAO ซึ่งจะมีความจำเป็นในการสร้างนิวคลีโอไทด์ซึ่งเป็นหน่วยการสร้างของ RNA และ DNA วิธีการแก้ปัญหาอื่น ๆ ซึ่งเป็นตัวแทนของขั้นตอนภายหลังมี RNA ของตัวเองเช่นเดียวกับไขมันที่จำเป็นในการสร้างผนังเซลล์
จากนั้นนักวิจัยให้ความร้อนแก่สารละลายที่ปลายด้านหนึ่งและทำให้เย็นลงที่ปลายอีกด้านหนึ่ง พวกเขากำลังสร้างบางสิ่งที่เรียกว่า "การไล่ระดับความร้อน" ซึ่งอุณหภูมิจะค่อยๆเปลี่ยนจากปลายด้านหนึ่งไปสู่อีกด้านหนึ่งคล้ายกับวิธีที่น้ำใกล้กับช่องระบายความร้อนใต้ทะเลลึกค่อยๆเปลี่ยนจากร้อนเป็นเย็น
"มันเหมือนมหาสมุทรขนาดเล็ก" เบราน์กล่าว
ในการแก้ปัญหาแต่ละครั้งการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบังคับให้โมเลกุลจับตัวเป็นก้อน - และพวกมันจะหันไปทางฟองอากาศที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เกือบจะในทันทีพวกเขาเริ่มตอบโต้
น้ำตาลก่อตัวเป็นผลึกซึ่งเป็นโครงกระดูกชนิดหนึ่งสำหรับอาร์เอ็นเอและนิวคลีโอไทด์ดีเอ็นเอ กรดก่อตัวโซ่ยาวขึ้นอีกก้าวไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลที่มีความซับซ้อนคล้ายอาร์เอ็นเอ ในที่สุดโมเลกุลจัดเรียงตัวเองเป็นโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับเซลล์ที่เรียบง่าย ในความหมายพื้นฐาน Braun กล่าวว่าเซลล์เป็นโมเลกุลที่ห่อหุ้มอยู่ในถุงที่ทำจากไขมัน นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของฟองสบู่ของเขา: ไขมันจัดตัวเองเป็นทรงกลมรอบ ๆ อาร์เอ็นเอและโมเลกุลอื่น ๆ
เขาประหลาดใจมากที่สุดกับเบราน์และเพื่อนร่วมงานของเขาเขากล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเพียงใดภายใน 30 นาที
“ ฉันประหลาดใจ” เขากล่าว แม้ว่านี่จะเป็นครั้งแรกที่เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ตรวจดูฟองสบู่โดยเฉพาะ แต่นักวิจัยได้พยายามทำซ้ำว่าโมเลกุลทางชีวภาพเหล่านี้ผ่านปฏิกิริยาที่ซับซ้อนที่จำเป็นต่อชีวิตอย่างไร โดยปกติเขากล่าวว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ใช้เวลาหลายชั่วโมง
นักเคมีบางคนสงสัยว่าฟองของ Braun เป็นตัวแทนที่แม่นยำของสภาพแวดล้อมดั้งเดิม Braun และเพื่อนร่วมงานของเขาเพาะเมล็ดพืชด้วยโมเลกุลซับซ้อนหลายชนิดที่จำเป็นต่อชีวิต แม้แต่วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดของพวกเขายังเป็นตัวแทนของขั้นตอนการก่อตัวในชีวิตรามานายานยาน Krishnamurthy นักเคมีจาก Scripps Institution of Oceanography ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวกับ Live Science มันเหมือนกับการอบเค้กที่มีส่วนผสมของกล่องมากกว่าจะเริ่มจากศูนย์
ในทางตรงกันข้ามมหาสมุทรโบราณอาจไม่มีเงื่อนไขที่เหมาะสมในการสร้างโมเลกุลเริ่มต้นเหล่านี้ Krishnamurthy กล่าว
นอกจากนี้การทดลองฟองเกิดขึ้นในระดับเล็กน้อย นั่นเป็นสิ่งสำคัญเพราะมันหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจากปลายด้านหนึ่งของการทดสอบไปสู่การทดสอบครั้งต่อไปเป็นสิ่งที่ฉับพลันมาก ในความเป็นจริงการไล่ระดับความร้อนใต้มหาสมุทรนั้นมีความค่อยเป็นค่อยไปมากกว่า Cleaves กล่าว
ถึงกระนั้น Braun ก็แย้งว่ามีเหตุผลสองสามข้อที่ว่าทำไมฟองถึงอาจเป็นสถานที่ที่เหมาะสำหรับการเริ่มต้นของชีวิต ก่อนอื่นพวกเขาให้ส่วนต่อประสานที่สมบูรณ์แบบระหว่างอากาศและน้ำ ไม่มีอากาศปฏิกิริยาหลายอย่างที่จำเป็นต่อชีวิตไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ยกตัวอย่างเช่นฟอสโฟรีเลชั่นซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ทำให้โมเลกุลขนาดเล็กสามารถสร้างสายโมเลกุลที่ซับซ้อนได้นั้นจะต้องเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่แห้งอย่างน้อยบางส่วน ภายในฟองสบู่นั่นไม่ใช่ปัญหา แม้ว่าฟองสบู่จะมีขนาดเล็ก แต่ฟองสบู่ก็ให้สภาพแวดล้อมที่สมบูรณ์แบบสำหรับปฏิกิริยาเหล่านี้ให้แห้งอย่างน้อยก็ชั่วคราว
แต่มีอีกบทบาทที่สำคัญที่สามารถเล่นได้: พวกเขาสร้างระเบียบ ในน้ำนิ่งโมเลกุลมักจะแพร่กระจายโดยไม่มีการจัดเรียงโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตามฟองสบู่ให้โมเลกุล - และบางทีจุดเริ่มต้นของชีวิต - สิ่งที่จะยึดติดอยู่ในโลกที่วุ่นวาย
