מחקר מגלה שזרימות חום עתיקות יכלו לארגן מולקולות פרה-ביוטיות לאבני הבניין של החיים, ולספק מנגנון טבעי לאינטראקציות מולקולריות מורכבות החיוניות למקור החיים.
החיים מסובכים. מה שנכון לקיום היומיומי שלנו תקף גם לתהליכים המורכבים הרבים המתרחשים בתוך תאים. חלבונים מסונתזים ברציפות, קירות תאים נבנים, ו DNA הוא משוכפל זה יכול לעבוד רק כאשר שותפים לתגובה מתכנסים בזמן הנכון בריכוזים גבוהים מספיק תוך שהם סובלים מעט מהפרעות מחומרים אחרים. במהלך מיליארדי שנים, האבולוציה שיכללה את המנגנונים הללו והבטיחה שתהליכים חיוניים כאלה מתרחשים ביעילות גבוהה במקום הנכון.
הנסיבות היו כנראה הרבה יותר כאוטיות לפני ארבעה מיליארד שנים, כאשר תגובות פרה-ביוטיות יצרו את התנאים להופעתם של צורות החיים הראשונות. גם עבור תגובות אלו, היה צורך שהחומרים ה'נכונים' יתחברו בזמן ה'נכון' במקום אחד, כך שביומולקולות מורכבות יותר כמו RNA ואמינו חוּמצָה עלולות להיווצר שרשראות.
אמנם ניתן לשחזר תגובות כאלה במעבדה הודות לשלבי ביניים ידניים, אך מאתגר מאוד להתרחש ב"מרק קדמוני" פשוט – כלומר, תערובת מדוללת מאוד של אבני בניין פרה-ביוטיות. אז איך יכול הטבע ליצור תנאים מתאימים למקור החיים?
שיתוף פעולה של ביו-פיזיקאים של LMU ד"ר כריסטוף מאסט ופרופסור דיטר בראון, רכז באשכול המצוינות של ORIGINS, ופרופסור למדעי הגיאוגרפיה בטינה שואו מצאו תשובה אפשרית לשאלה זו ופרסמו לאחרונה את תוצאותיהם בכתב העת טֶבַע. "החקירות שלנו מראות כיצד זרימות חום פשוטות יכלו להניב סדר בתוך הכאוס הכימי של הזמנים הקדמוניים ולטפח את התגובות הפרה-ביוטיות הראשונות", מסביר מאסט.
חום מופק על ידי מגוון רחב של תהליכים גיאולוגיים וכימיים, ולכן יש להניח שזרימות חום התרחשו כמעט בכל מקום בזמנים הרחוקים ההם. אם חום זה זורם דרך סדקים דקים ומלאי מים, כגון הנובעים מהתקררות מהירה של סלע מותך, הוא מוביל להסעת מים ולתנועה מכוונת של המולקולות המומסות במים לאורך זרימת החום. בשילוב, שתי ההשפעות הללו – הסעה ותרמופורזה – מניעות הצטברות וריכוז מעלה סלקטיבי של המומסים השונים במקומות שונים.
קורט מזה וקצת מזה: מרכיבים לחיים
הקבוצה של מאסט הדגימה כעת בניסוי את הצטברות סלקטיבית זו עבור למעלה מ-60 אבני בניין פרה-ביוטיות שונות, כגון נוקלאובסים ו חומצות אמינו. הם גילו שחומרים אלה יכולים להיות שונים מאוד בתרמופורזה שלהם ולכן מתעשרים אחרת בסדקים בסלע. "במערכת של סדקים וסדקים הקשורים זה בזה בסלע, השפעה זו מתחזקת ומייצרת תערובות עם הרכבים שונים של חומרים פרה-ביוטיים בכל סדק", מסביר תומס מאטרו, המחבר הראשי של המאמר. "למרות שהפתרון הראשוני היה מדולל באופן אחיד, ולכן לא תגובתי, זרימות חום פשוטות יכולות ליצור מגוון מדהים של תנאי התחלה אפשריים לכימיה פרה-ביוטית באופן זה", מוסיפה פאולה אייקילה, הכותבת הראשית האחרת של המחקר.
ללא עזרת טכנולוגיית המעבדה המודרנית או מנגנוני התגובה המתקדמים של החיים כיום, הטבע יכול היה ליצור אפוא 'מטבח מולקולרי' במערכות רשת גיאולוגיות גדולות, שבו כל מרכיבי החיים ממוינים ומוכנים. כחלק ממרכז המחקר השיתופי "אבולוציה מולקולרית בסביבות פרה-ביוטיות" (CRC 392), החוקרים מתכננים כעת לחקור כמה 'מנות' חיים ניתן 'להכין' במערכת זו.
