Ursuppe: És megtalálták egymást ...

A hőmérsékleti gradiens lehetővé tette az életreakció és a replikáció építőelemeit

felolvasta

Az első élet valószínűleg több mint három milliárd évvel ezelőtt az egyszerű molekuláris építőelemekből származott. Azonban továbbra is vitatható, hogy ezek a vegyületek megtalálhatók-e a "levesben" és elegendõen magas koncentrációban halmozódnak fel. Most a tudósok újjáépítették a helyzetet a laboratóriumban, és bebizonyították, hogy akár a hőmérsékleti gradiens is elegendő lehet a szükséges feltételek megteremtéséhez, amint azt a Physical Review Letters folyóirat is közli.

{1l}

Az élet a földön több mint három milliárd évvel ezelőtt kezdődött. Még mindig tisztázatlan, hogy mely körülmények és folyamatok vezettek ehhez részletesen. Valószínűleg az első biológiailag aktív egységek a nagy tengerek vizein alakultak ki, esetleg forró víz alatti források közelében. Ebben a forgatókönyvben többek között megkérdőjelezhető, hogyan lehetne megtalálni az alacsony koncentrációjú molekulákat. Csak akkor, ha az optimális körülmények fennállnak, új struktúrák alakulhatnak ki az első élőlényekig. A müncheni egyetem Christof Mast környékén dolgozó tudósok és Dieter Braun professzor újból felállította ennek a folyamatnak a alapelvet a laboratóriumban.

A kapillárisban lévő DNS mint "ősi levesmodell"

A fizikusok ezeket a feltételeket az "ősi levesben" szimulálták hőmérsékleti gradiens alkalmazásával: megtöltöttek egy ostya-vékony üvegkapillárisot pufferoldattal és DNS-molekulákkal. Az infravörös lézernyalábot a kapilláris középpontjára fókuszálták, hogy hőmérsékleti gradiens képződjön a folyadékban. A lézer gyors mozgása a kapillárisok mentén egyidejűleg konvektív mozgást eredményezett, amely a DNS-t a kapilláris hideg és meleg területére szállította.

A tudósok képesek voltak csupán a hőmérsékleti különbséggel csupán az oldat genetikai anyagában koncentrálni, és szaporodni is tudtak. "Ez azért releváns, mert az Urmeere meleg víz alatti forrásainak közelében lévő Steinporenben feltehetően hasonló termikus viszonyok uralkodtak - és valóban az első élőlények származhattak" - mondja barna. "Ez a vizsgálat számunkra azonban csak első lépés. Fizikusként érdekli, hogy az élet megteremtése érdekében hogyan és hogyan kell megzavarni az egyensúlyt - például a molekulák egyenletes eloszlását -. "

A hűvösebb régió mint "molekulacsapda"

A "molekulacsapda" alapelve, amelyet a kutatók bebizonyítottak, azon a tényen alapszik, hogy a kettős szálú DNS-molekulák minden probléma nélkül vándorolnak a meleg és a hűvösebb régióba. A diffúzió a melegebb szakaszba azonban sokkal lassabb. Néhány molekula szintén teljesen lemarad és szelektíven felhalmozódik a hűvösebb régióban. Ennek fő oka a termoforézis alapelve, a biomolekulák mozgása a hőmérsékleti gradiens mentén. Az, hogy a molekulák ezen migrációs sebessége milyen mértékben változik a hőmérsékleti gradiensek alapján, az egyes vegyületeknél és jellemző tulajdonságánál eltérő. Például az oldószer és az egyszálú DNS-molekulák könnyebb visszafolyni a lézersugárzás által melegített területre.

A hőmérsékleti különbségek megkönnyítik a replikációt

A hőmérsékleti gradiens nem csak a kettős szálú DNS koncentrációját teszi lehetővé, hanem replikációját is lehetővé teszi. A kettősítés érdekében a molekuláknak először két szálra kell osztaniuk. Ezt úgy végezzük, hogy a kísérleti kapilláris melegebb zónájában körülbelül 90 ° C-on olvad. A két fél replikálása azonban két új, kétszálú DNS-molekula létrehozására csak lehetséges

akkor történik, amikor a konvekciós áram továbbítja őket a hűvösebb területre. Mind a DNS olvadása, mind pedig a megkétszereződés bizonyíthatja a müncheni fizikusokat a "molekulacsapda" modelljében.

Ez utóbbihoz azonban a kísérletnek hozzá kellett adnia a polimeráz enzimet, amely elengedhetetlen az örökletes molekulák replikációjához. Így az élet felé vezető első lépéseket nem lehet realisztikusan módosítani. Mivel az enzim képződéséhez már hosszú ideje léteztek a DNS-molekulák, és léteznie kellett a fehérje transzlációs mechanizmusának, ami valószínűleg nem volt a helyzet.

Az RNS szaporodása már akkor volt lehetséges

Az RNS eredete és replikációja azonban nagyon elképzelhető - mondta Mast. Ez a vegyület kémiailag hasonló a genetikai anyag DNS-éhez, és a replikációhoz nem feltétlenül igényel enzimet. A tudósok szerint a molekuláris csapda elve származhat különböző molekulák keverékéből is. A molekula nagyon hatékonyan mozgatható ki, csak szelektíven szorozzuk meg az egyes molekulátípusokat. Mivel az egyes vegyületek hőmérsékleti gradiensben eltérően vándorolnak, és a tudósok befolyással vannak a különböző koncentrált kísérleti paraméterekre.

Replikáció és kiválasztás egy helyen

Kutatásuk során a kutatók megmutatták az első lépést a minimális darwini folyamat felé: amint a DNS replikálódik, a molekuláris csapda csapdába ejti az új kettős szálú molekulákat Akadályozzuk meg őket a környező környezetbe történő terjedését. Megmutatták, hogy a csapda egy helyen képes replikálódni és szelektálni.

"A nem egyensúlyi körülmények központi szerepet játszanak kísérletünkben, mivel a második termodinamikai törvény miatt ez az egyetlen módja annak, hogy szerkezetet és következésképpen élő lényeket építsünk" - magyarázza Dieter Braun. Az eddigi kísérletek még csak a kezdete neki: "Az evolúció egy univerzális üzenetrögzítő, amelyre mindenféle kérdést fel lehet tenni. Hosszú távon ezt a dinamikát akarjuk rekonstruálni a laboratóriumban

(Ludwig-Maximilians-Müncheni Egyetem, 2010.05.10. - NPO)