Hayat Slime Olarak mı Başladı? Bilim İnsanları Yeni 'Jel-İlk' Yaşamın Kökeni Teorisini Önerdi

İlk hücre bölünmeden çok önce, DNA Genetik talimatlar taşıyordu ve zarlar yaşamın kimyasını çevrelemeden önce, Dünya çok daha mütevazı bir şeyle kaplanmış olabilir: balçık.

Çizgi film kabından sızan türden değil; kayalara, mineral yüzeylere ve gelgit düzlüklerine yapışan ince, yapışkan jel benzeri filmler; molekülleri hapsedebilen ve onları daha karmaşık etkileşimlere ikna edebilen yumuşak, hidratlı matrisler.

Uluslararası bir araştırmacı ekibinin önerdiği yeni teorik çerçeveye göre, hayat izole bir şekilde başlamamış olabilir"ilkel çorba"damlacıklar, ancak serbest yüzen kimyadan çok modern mikrobiyal biyofilmler gibi işlev gören, yüzeye bağlı jellerin içinde.

Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada KimyaSistemleriKimyaBilim insanları, yaşamın kökenine ilişkin "öncelikli prebiyotik jel" modeli adını verdikleri modeli açıklıyor. Yumuşak madde kimyasından ve modern mikrobiyal sistemlerden elde edilen bilgilerden yararlanan araştırmacılar, jel benzeri matrislerin, erken kimyasal sistemlerin kaotik reaksiyonlardan organize, gelişen ağlara geçiş için ihtiyaç duyduğu eksik çevresel iskeleyi sağlayabileceğini öne sürüyor.

Eğer doğruysa, çerçeve sadece hayal gücümüzü yeniden şekillendirmekle kalmıyor hayat başlangıcı Dünya'da - aynı zamanda kozmosun başka yerlerinde yaşamı arama şeklimizi de değiştirebilir.

Araştırmacılar, "Yaşamın kökeninin (OoL) potansiyel olarak yüzeye bağlı jel matrislerde nasıl ortaya çıkabileceğini dikkate alan 'prebiyotik jel öncelikli' çerçevesini özetledik" diye yazıyor.

Onlarca yıldır, yaşamın kökeni araştırmalar sıklıkla şu fikir üzerine odaklanmıştır:ilkel çorba"—yıldırım, ultraviyole radyasyon veya hidrotermal aktiviteyle enerji sağlanan organik moleküllerin sulu bir karışımı. Laboratuvar deneyleri amino asitlerin ve diğer yapı taşlarının makul erken Dünya koşulları altında oluşabileceğini gösterse de, temel bir zorluk devam ediyor: seyreltme.

Sınırlandırılmamış hacimsel suda, potansiyel olarak yararlı moleküller birbirinden uzaklaşır, reaksiyonlar difüzyonla rekabet eder ve enerji gradyanları hızla dağılır. Pek çok araştırmacı, kimyanın biyoloji eşiğini geçmesinin muhtemelen bir tür mekansal organizasyona (molekülleri yoğunlaştırmaya, onları reaksiyona girecek kadar uzun süre tutmaya ve çevresel dalgalanmaları tamponlamaya yönelik mekanizmalar) gerektirdiğini öne sürüyor.

Yeni çerçeve şunu önermektedir: prebiyotik jeller bu rolü doldurabilirdi.

Araştırmacılar, yaşamın öncüllerinin serbestçe yüzdüğünü hayal etmek yerine, biyofilmlerde modern mikroplar tarafından üretilen hücre dışı malzemeye benzeyen yüzeye bağlı jellere, yani hidratlı, polimer açısından zengin matrislere işaret ediyor.

Bu yapılar ikisi de değil katı veya sıvıama arada bir şey var: suyu tutabilen, aynı zamanda molekülleri yarı kararlı bir ağ içinde yakalayıp organize edebilen yumuşak madde.

Araştırmacılar, "Yumuşak madde kimyasındaki kavramlardan faydalanmak ve modern mikrobiyal biyofilmleri bir çerçeveleme aracı olarak kullanmak" diye açıklıyor.

Doğanın Orijinal Reaksiyon Odası

Prebiyotik kimyasındaki en önemli engellerden biri yeterince yüksek konsantrasyonlara ulaşmaktır. Polimerizasyon veya otokataliz gibi yaşam için gerekli olan birçok reaksiyon, seyreltik ortamlarda verimsiz hale gelir. Önce jel modeli, mineral yüzeylere yapışan yapışkan matrislerin doğal yoğunlaştırıcılar olarak hareket edebileceğini öne sürüyor.

Araştırmacılar, "Prebiyotik jeller, hücreselleşmeden çok önce kimyasal kompleksleşmeye ve evrimsel potansiyele olanak sağlayan yerelleştirilmiş ortamlar için araçlar sağlayabilirdi" diye yazıyor.

“Kimyasal karmaşıklaştırma” sorunun özünü yakalıyor. Yaşam yalnızca moleküller tarafından değil, kendilerini sürdüren ve yeniden üreten etkileşimli reaksiyon ağları tarafından tanımlanır. Oraya ulaşmak için kimyanın katmanlı, kendi kendini güçlendiren ve değişkenlik gösterebilen bir hale gelmesi gerekiyor.

Çerçeveye göre jel matrisler, sistemlerin "moleküler konsantrasyon, seçici alıkoyma, reaksiyon verimliliği ve çevresel tamponlamayı mümkün kılarak prebiyotik kimyadaki temel engellerin" üstesinden gelmesini sağlamış olabilir.

Pratik anlamda bu, bir jelin belirli molekülleri yakalayıp diğerlerini dışarıda bırakabileceği, difüzyonu reaksiyonların ilerlemesine izin verecek kadar yavaşlayabileceği ve pH, sıcaklık veya tuzluluktaki dalgalanmaları azaltabileceği anlamına gelir. Bu matrisler pasif ortamlar olmak yerine aktif olarak kimyasal evrimi şekillendirmiş olabilir.

Hücrelerden Önce Proto-Metabolizma

Belki de en ilgi çekici olanı, jel benzeri sistemlerin, gerçek hücrelerin ortaya çıkmasından önce temel metabolik süreçleri destekleyebileceği önerisidir.

Araştırmacılar, bu tür matrislerin, modern metabolizmanın merkezinde yer alan elektron transferini içeren reaksiyonlar olan redoks kimyası yoluyla proto-metabolik aktiviteyi nasıl kolaylaştırmış olabileceğini araştırıyor. Ayrıca jel ortamlarında ışıkla yürütülen süreçlerin yanı sıra kimyasal reaksiyonların matrisin fiziksel özelliklerini etkilediği kemo-mekanik bağlanma olasılığını da göz önünde bulunduruyorlar.

Daha kışkırtıcı bir şekilde, yazarlar jellerin erken replikasyon biçimlerini nasıl destekleyebileceğini tartışıyorlar. Yapılandırılmış bir matris içinde, otokatalitik ağlar (kendi üretimlerini güçlendiren reaksiyon kümeleri), varlığını sürdürecek, çeşitliliği biriktirecek ve potansiyel olarak seçilim benzeri süreçlerden geçecek kadar uzun süre istikrara kavuşturulmuş olabilir.

Moleküllerin benzer moleküllerin oluşumuna rehberlik ettiği şablona yönelik sentez, bu yarı kapalı alanlarda ortaya çıkmış olabilir.

Bu görünümde, hayat aniden ortaya çıkmadı düzgünce paketlenmiş bir zarın içinde. Bunun yerine, organize kimyasal sistemler ilk olarak yapışkan, yüzeye bağlı filmlerde ortaya çıkmış olabilir. Ancak daha sonra hücreselleşme (kimyanın zarlar içinde kapsüllenmesi) bu süreçleri iyileştirecek ve hızlandıracaktır.

Bu aşamalı bakış açısı, daha geniş bir değişimle uyum içindedir. yaşamın kökeni araştırma – öncelikle bireysel anahtar moleküllere odaklanan modellerden, çevre, yapı ve dinamik etkileşimlerin kimyasal evrimin ayrılmaz bir parçası olarak ele alındığı sistem kimyası yaklaşımlarına doğru.

Antik Jellerden Uzaylı “Xeno Filmlerine”

İlk jel modelinin sonuçları, erken Dünya'nın çok ötesine uzanıyor.

Makalede araştırmacılar, evrenin başka yerlerinde benzer jel benzeri yapıların nasıl oluşabileceğini değerlendiriyor. Karasal olmayan veya kısmen karasal yapı taşlarından oluşan uzaylı biyofilm benzeri sistemler olan "Xeno filmleri" kavramını tanıtıyorlar.

Bu tür yapılar tanıdık hücrelere benzemeyebilir veya bildiğimiz şekliyle DNA veya proteinlere dayanmayabilir. Yine de, eğer yaşam yapılandırılmış, sulu matrisler içinde ortaya çıkabiliyorsa, o zaman dünya dışı biyoloji hücre benzeri formların ötesine bakmak gerekebilir.

Yazarlar, "bildiğimiz ve bilmediğimiz yaşam arayışında agnostik yaşam tespit stratejilerinin" önemini vurguluyorlar.

Zihniyetteki bu değişim, misyonlar Mars'ı ve buzlu ayları inceledikçe giderek daha alakalı hale geliyor Avrupa ve Enceladus ve hatta uzak ötegezegenlerin atmosferleri. Eğer yaşam başka yerlerde hücreler yerine jellerde başlıyorsa, yapılandırılmış kimyasal ağları veya yüzeye bağlı organik matrisleri (aksi takdirde gözden kaçabilecek ince imzaları) tespit edebilecek araçlara ihtiyacımız olabilir.

Sonuçta, ilk jel hipotezi yaşamın kökenine kesin bir cevap sağlama iddiasında değildir. Daha ziyade, yumuşak madde fiziğini, sistem kimyasını ve mikrobiyolojiyi birleşik bir resimde birleştiren kavramsal bir çerçeve sunar.

Model, erken dönem Dünya'yı, hidratlı jellerin mineral yüzeylere yapıştığı, molekülleri yoğunlaştırdığı ve reaksiyonlarını tamponladığı bir gezegen olarak çerçeveleyerek, kimya ve biyoloji arasında uzun süredir devam eden bir boşluğu kapatıyor. Bu, membranların canlı sistemleri çevrelemesinden önce, yapışkan filmlerin evrimin başlaması için gerekli mimariyi sağlamış olabileceğini öne sürüyor.

Eğer bu doğruysa, Dünya'nın yaşayan en eski ataları hücreler değil, kaotik bir dünyada yaşamın ilk ipliklerini sabırla dokuyan, antik kayalara yayılan ince, parlak jellerdi.

Malezya Ulusal Üniversitesi (UKM) Uzay Bilimleri Merkezi'nde ortak yazar ve araştırma bilimcisi olan Dr. Kuhan Chandru, "Bu, yaşamın kökeni araştırmalarının geniş alanındaki pek çok teoriden sadece bir tanesi" dedi. basın bülteni. "Ancak, jellerin rolü büyük ölçüde göz ardı edildiğinden, dağınık çalışmaları, ilkel jelleri tartışmanın ön sırasına koyan tutarlı bir anlatımla sentezlemek istedik."

Tim McMillan emekli bir kolluk kuvveti yöneticisi, araştırmacı muhabir ve The Debrief'in kurucu ortağıdır. Yazıları genellikle savunma, ulusal güvenlik, İstihbarat Topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanmaktadır. Tim'i Twitter'da takip edebilirsiniz: @LtTimMcMillan. Tim'e e-posta yoluyla ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e-posta yoluyla: [email protected]