Sebelum hidup di bumi muncul, kira-kira 3.5 bilion tahun yang lalu, lautan adalah sup molekul yang bercampur secara rawak. Kemudian, entah bagaimana, beberapa molekul tersebut mengatur diri mereka ke dalam susunan DNA, dinding sel pelindung, dan struktur organ kecil yang mampu menjaga sel hidup dan berfungsi. Tetapi bagaimana mereka mencapai organisasi ini telah lama membingungkan saintis. Sekarang, biophysicists di Universiti Ludwig-Maximilians di Munich menganggap mereka mempunyai jawapan: buih.
Permulaan hidup tidak seketika. Molekul prekursor awal entah bagaimana berubah menjadi blok kehidupan, seperti RNA, DNA, garam dan lipid. Kemudian, molekul-molekul tersebut dianjurkan untuk membentuk sel awal awal sel, yang kemudiannya menjadi organisma bersel tunggal.
"Ini adalah asas bagi semua spesies hidup," kata Dieter Braun dari Ludwig-Maximilians University, pengarang utama kajian tersebut, kepada Live Science.
Agar sel-sel membentuk, mula mereplikasi dan mengambil nyawa mereka sendiri di Bumi purba, bagaimanapun, semua bahagian kimia perlu dibentuk bersama, kata Braun.
Di lautan yang dalam, di mana ramai ahli sains berfikir kehidupan mendapat permulaannya, molekul seperti lipid, RNA dan DNA mungkin hadir; tetapi walaupun begitu, mereka akan terlalu tersebar untuk apa yang menarik berlaku.
"Molekul tersesat, mereka meresap," kata Braun. "Reaksi tidak akan berlaku dengan sendirinya."
Para saintis bersetuju bahawa sesetengah daya diperlukan untuk molekul untuk mengagregat dan bertindak balas antara satu sama lain, Henderson Cleaves, ahli kimia di Tokyo Institute of Technology, memberitahu Live Science. Penyelidik hanya tidak bersetuju dengan apa yang berlaku.
Di situlah gelembung masuk.
Bubbles berada di mana-mana di kawasan laut awal di Bumi. Gunung berapi yang panas dan mendalam ditumbuhi bulu-bulunya yang garang. Mereka yang berambut lapang, menetap di batu gunung berapi berliang. Ini adalah syarat yang Braun dan rakan-rakannya berusaha meniru. Mereka mencipta sebuah bekas dari bahan berliang yang menyerupai tekstur batu gunung berapi, kemudian mengisinya, dengan enam larutan yang berbeza, masing-masing memodelkan tahap yang berbeza dalam proses pembentukan kehidupan. Salah satu penyelesaian, yang mewakili langkah awal, mengandungi gula yang dipanggil RAO, yang sepatutnya diperlukan dalam pembinaan nukleotida, blok bangunan RNA dan DNA. Penyelesaian lain, yang mewakili peringkat kemudian, mengandungi RNA sendiri, serta lemak yang diperlukan untuk membina dinding sel.
Kemudian, para penyelidik menyembuhkan penyelesaian pada satu hujung dan menyejukkannya pada yang lain. Mereka mencipta sesuatu yang dipanggil "kecerunan terma," di mana suhu secara beransur-ansur berubah dari satu hujung ke yang lain, sama seperti cara air berhampiran lubang haba dalam laut secara beransur-ansur berubah dari panas ke sejuk.
"Ia seperti lautan mikro," kata Braun.
Dalam setiap penyelesaian, perubahan suhu memaksa molekul untuk rumpun - dan mereka ditarik ke arah gelembung yang secara semula jadi terbentuk di bawah syarat-syarat ini. Hampir segera, mereka mula bertindak balas.
Gula membentuk kristal, sejenis rangka untuk RNA dan nukleotida DNA. Asid membentuk rantai yang lebih panjang, mengambil langkah lain ke arah pembentukan molekul kompleks seperti RNA. Akhirnya, molekul itu menyusun diri mereka menjadi struktur yang menyerupai sel mudah. Dalam erti kata asas, Braun berkata, sel-sel adalah molekul yang terbungkus dalam beg yang terbuat dari lemak. Itulah yang berlaku di permukaan gelembungnya: Lemak mengatur diri mereka dalam sfera di sekitar RNA dan molekul lain.
Yang paling mengejutkan kepada Braun dan rakan-rakannya, katanya, berapa cepat perubahan ini berlaku, dalam masa kurang dari 30 minit.
"Saya kagum," katanya. Walaupun ini adalah kali pertama dia dan rakan-rakannya telah melihat secara khusus pada gelembung, para penyelidik sebelum ini cuba meniru bagaimana molekul biologi ini menjalani reaksi kompleks yang diperlukan untuk kehidupan. Biasanya, katanya, reaksi ini mengambil masa berjam-jam.
Sesetengah ahli kimia ragu-ragu, bagaimanapun, bahawa gelembung Braun adalah representasi yang tepat dari persekitaran primordial. Braun dan rakan-rakannya memberikan pilihan mereka dengan banyak molekul kompleks yang diperlukan untuk hidup. Malah, penyelesaian paling mudah mereka masih mewakili peringkat akhir proses pembentukan kehidupan, Ramanarayanan Krishnamurthy, ahli kimia di Scripps Institution of Oceanography yang tidak terlibat dalam kajian itu, memberitahu Live Science. Itu agak seperti membakar kek dengan campuran kotak, bukannya bermula dari awal.
Sebaliknya, lautan purba mungkin tidak mempunyai keadaan yang tepat untuk membentuk molekul awal ini, kata Krishnamurthy.
Selain itu, eksperimen gelembung berlaku pada skala kecil. Itu penting, kerana ia bermakna perubahan suhu dari satu ujung ujian ke seterusnya adalah sangat mendadak. Pada hakikatnya, kecerunan haba di bawah lautan lebih beransur-ansur, kata Cleaves.
Walau bagaimanapun, Braun berhujah bahawa terdapat beberapa sebab mengapa gelembung mungkin menjadi tempat yang ideal untuk permulaan kehidupan. Pertama, mereka menyediakan antara muka yang sempurna antara udara dan air. Tanpa udara, banyak reaksi yang diperlukan untuk kehidupan tidak dapat berlaku. Contohnya, fosforilasi, tindak balas yang membolehkan molekul kecil membentuk tali molekul kompleks, mesti berlaku di bawah keadaan sekurang-kurangnya kering. Di dalam buih, itu bukan masalah; walaupun mereka kecil, gelembung menyediakan persekitaran yang sempurna untuk reaksi-reaksi ini untuk mengeringkan, sekurang-kurangnya untuk sementara waktu.
Tetapi terdapat satu lagi gelembung peranan penting yang boleh dimainkan: Mereka membuat pesanan. Dalam air masih, molekul biasanya tersebar tanpa susunan tertentu. Bubbles, bagaimanapun, memberikan molekul - dan mungkin permulaan kehidupan - sesuatu untuk berpegang pada dunia yang huru-hara.
