Bu bir paradoks: Yaşamın hayatta kalabilmesi için suya ihtiyacı vardır, ancak suyla dolu bir dünya, erken yaşam için gerekli olan biyomolekülleri üretemez. Ya da araştırmacılar öyle düşünüyordu.
Su her yerde. İnsan vücudunun büyük bir kısmı ondan yapılmıştır, Dünya gezegeninin büyük bir kısmı onun tarafından kaplanmıştır ve insanlar bir süreden fazla hayatta kalamazlar. birkaç gün içmeden. Su molekülleri var benzersiz özellikleri Bu onların bileşikleri çözmelerine ve vücudunuzda taşımalarına olanak tanır, hücrelerinize yapı sağlar ve sıcaklığınızı düzenler. Aslında bildiğimiz şekliyle yaşamı mümkün kılan temel kimyasal reaksiyonlar suya ihtiyaç duyar. fotosentez bir örnek olmak üzere.
Ancak proteinler ve DNA gibi ilk biyomoleküller Dünya gezegeninin ilk aşamalarında bir araya gelmeye başladığında su aslında yaşamın önünde bir engeldi.
Bunun nedeni şaşırtıcı derecede basittir: Suyun varlığı, kimyasal bileşiklerin su kaybetmesini engeller. Örneğin vücudunuzu oluşturan biyolojik moleküllerin ana sınıflarından biri olan proteinleri ele alalım. Proteinler aslında kimyasal bağlarla birbirine bağlanan amino asit zincirleridir. Bu bağlar bir yolla oluşur. yoğunlaşma reaksiyonu bu da bir molekül su kaybıyla sonuçlanır. Esas olarak amino asitlerin protein oluşturabilmesi için “kuruması” gerekir.
Dünya'nın yaşamdan önce var olduğunu düşünürsek su ile kaplı, bu bir büyük sorun Yaşam için gerekli olan proteinleri yapmak için. Tıpkı bir yüzme havuzunda kurumaya çalışmak gibi, iki amino asit de havuzda bir araya gelebilmek için su kaybetmekte zorlanırdı. ilkel çorba erken Dünya'nın. Suyun varlığında bu sorunla karşılaşan yalnızca proteinler değildi: DNA ve karmaşık şekerler de dahil olmak üzere yaşam için gerekli olan diğer biyomoleküller de yoğunlaşma reaksiyonlarına ve oluşmak için su kaybına ihtiyaç duyuyor.
Yıllar geçtikçe araştırmacılar bu “su paradoksuna” birçok çözüm önerdiler. Bunların çoğu, Dünya'nın erken dönemlerine ilişkin, suyun uzaklaştırılmasına izin verebilecek çok özel senaryolara dayanıyor. Bunlar şunları içerir: su birikintilerinin kurutulması, mineral yüzeyler, kaplıcalar ve hidrotermal menfezler, diğerleri arasında. Bu çözümler makul olmakla birlikte, alışılagelmiş olamayacak özel jeolojik ve kimyasal koşulları gerektirir.
Gelen eden yeni bir çalışma, Benim meslektaşlarım ve ben su paradoksuna daha basit ve daha genel bir çözüm buldu. Oldukça ironik bir şekilde, erken biyomoleküllerin oluşmasına izin veren şey suyun kendisi (ya da daha doğrusu, çok küçük su damlacıkları) olabilir.
Neden Mikrodamlacıklar?
Su damlacıkları hem modern dünyada hem de özellikle prebiyotik (ya da yaşam öncesi) Dünya döneminde her yerdedir. Çarpışan dalgalar ve şiddetli gelgitlerle kaplı bir gezegende, küçük su damlacıkları deniz spreyi ve diğer aerosoller için makul bir şekilde basit ve bol bir yer sağlardı. bir araya gelen ilk biyomoleküller.
Su mikrodamlacıkları—tipik olarak çok küçük çaplı damlacıklar yaklaşık metrenin milyonda biri, ondan çok daha küçük örümcek ipeğinin çapı- Yarattıkları çok özel kimyasal ortamları dikkate alana kadar, ilk başta su paradoksunu çözemeyebilirsiniz.
Mikrodamlacıklar önemli bir yüzey alanı/hacim oranına sahiptir. damlacık küçüldükçe büyür. Bu, onları oluşturan solvent (bu durumda su) ile çevreledikleri ortamın (bu durumda hava) buluştuğu önemli bir alan olduğu anlamına gelir.
Yıllar geçtikçe araştırmacılar hava-su arayüzünün benzersiz bir kimyasal ortam olduğunu gösterdi. Bu mikrodamlacık arayüzlerinin kimyası, büyük elektrik alanları, kısmi çözüm Moleküllerin kısmen su ile çevrelendiği, son derece reaktif moleküller, ve çok yüksek asitlik. Tüm bu faktörler mikrodamlacıkların içlerinde meydana gelen kimyasal reaksiyonları hızlandırmasına olanak tanır.
Bizim laboratuvar bir süredir mikrodamlacıklar üzerinde çalışıyor onyılve önceki çalışmalarımız ortak kimyasal reaksiyonların hızının nasıl belirli bir düzeye kadar hızlandırılabileceğini gösterdi. milyon defa Mikro damlacıklarda daha hızlı. Bu küçük damlacıklar kullanılarak bir gün sürecek reaksiyonlar artık saniyenin çok küçük bir bölümünde tamamlanabiliyor.
In son çalışmalarımızMikrodamlacıkların su paradoksuna bir çözüm olabileceğini öne sürdük çünkü hava-su arayüzü sadece reaksiyonları hızlandırmakla kalmıyor, aynı zamanda suyun varlığına rağmen biyomoleküller oluşturmak için gereken reaksiyonları kolaylaştıran bir "kurutma yüzeyi" görevi de görüyor.
Bu teoriyi, suyun mikro damlacıklarında çözünmüş amino asitleri belirli bir noktaya doğru püskürterek test ettik. kütle spektrometresikimyasal reaksiyonun ürünlerini analiz etmek için kullanılabilecek bir alet. İki amino asidin suyun varlığında mikro damlacıklar yoluyla başarılı bir şekilde birleşebildiğini bulduk. Daha fazla amino asit eklediğimizde ve bu karışımın iki spreyini, prebiyotik dünyadaki çarpışan dalgaları taklit ederek çarpıştırdığımızda, bunun altı amino asite kadar kısa peptit zincirleri oluşturabildiğini bulduk.
Bulgularımız, deniz spreyi veya atmosferik aerosoller gibi ortamlardaki su mikro damlacıklarının, Dünya'nın erken dönemlerinde temel mikro reaktörler olduğunu gösteriyor. Başka bir deyişle, mikrodamlacıklar, gezegeni kaplayan engin ilksel okyanusta çözünmüş basit, küçük bileşiklerden yaşamın temel moleküllerinin oluşmasına olanak tanıyan kimyasal bir ortam sağlamış olabilir.
Mikrodamlacıkların Geçmişi ve Geleceği
Mikrodamlacıkların kimyası, birçok bilimsel alandaki mevcut zorlukların üstesinden gelmede yardımcı olabilir.
Örneğin ilaç keşfi, potansiyel yeni bir ilaç bulmak için yüz binlerce bileşiğin sentezlenmesini ve test edilmesini gerektirir. Mikrodamlacık reaksiyonlarının gücü, sentez hızlarını hızlandırmak için otomasyon ve yeni araçlarla entegre edilebilir. saniyede birden fazla reaksiyon yanısıra biyolojik analiz örnek başına bir saniyeden daha az.
Bu şekilde, milyarlarca yıl önce yaşamın yapı taşlarının kökenine yardımcı olabilecek aynı olay, artık bilim adamlarının yeni ilaçları ve malzemeleri daha hızlı ve daha verimli bir şekilde geliştirmelerine yardımcı olabilir.
belki JRR Tolkien Şunları yazdığında haklıydı: "Dünyanın çarklarını hareket ettiren eylemler genellikle böyledir: Küçük eller bunları yapmak zorunda olduğu için yapar, büyüklerin gözleri ise başka yerdedir."
Bu küçük damlacıkların öneminin, küçük boyutlarından çok daha büyük olduğuna inanıyorum.
Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.
