Sciencemag.cz
Doporučujeme
Předpokládáme-li na počátku pozemského života existenci RNA světa, celkem si tím omezujeme možné prostředí vzniku života. RNA totiž pro své skládání vyžaduje roztoky, kde je poměrně velká koncentrace iontů hořečnatých a naopak malá iontů sodných. To zrovna neodpovídá prostředí podmořských vývěrů, které dnes z hlediska vzniku života favorizujeme.
Více sodíku než hořčíku najdeme i v běžné kaluži. Samozřejmě při prebiotické chemii předpokládáme celou řadu různých reakcí, i třeba periodické vysychání (fáze zvyšování koncentrace) a zase rozpouštění „prapolévky“, to ale samotný poměr obou prvků neovlivní. Vědci mnichovské Ludwig Maximilian University, Max Planck Institute for Biochemistry a Technical University v Dortmundu nyní navrhli možný mechanismus, který by omezujícím podmínkám vyhovoval, a současně snad i odpovídal situaci na Zemi před cca 4 miliardami let. Spoluautoři studie Dieter Braun a Christof Mast z Ludwig Maximilian University uvádějí, že postačuje kombinace čedičových hornin a jednoduchých proudů (konvekce) vyvolaných gradientem teploty.
Autoři studie nejprve syntetizovali čedičové sklo a charakterizovali čedič v jeho různých podobách, jako běžnou horninu i jako sklo. Čedičové sklo vzniká při rychlém ochlazení roztaveného čediče, např. při kontaktu s mořskou vodou. V další kroku výzkumníci analyzovali množství hořčíku a sodíku v různých sklech. Vždy ale nalezli výrazně více sodíku než hořčíku, navíc hořčík byl přítomen v mnohem nižších koncentracích, než jaké vyžadují prebiotické nástroje vytvářející RNA (poznámka PH: tyto mechanismy se sice mohly lišit, ale v neživém prostředí bez enzymů atd. vše nejspíš fungovalo ještě méně efektivně než dnes, a proto omezující podmínky byly spíše přísnější).
Situace se však výrazně změnila, když se do systému zahrnulo proudění tepla – což i odpovídá vysoké úrovni geologické aktivity očekávané v prebiotickém prostředí. V úzkých pórech a puklinách, které jsou charakteristickým znakem čedičových skel, teplotní gradienty nejenže vyvolávají konvektivní proudění, ale vedou také k pohybu iontů proti směru proudění. Velikost tohoto efektu, tzv. termoforézy, je silně závislá na velikosti a elektrickém náboji příslušných iontů. Tato kombinace konvekce a termoforézy nakonec vyvolala lokální akumulaci hořečnatých iontů v mnohem vyšších lokálních koncentracích než iontů sodných. Velikost tohoto koncentračního efektu navíc rostla s velikostí příslušného systému.
Dále se podařilo i přímo ukázat, že v takovém systému s probíhající termoforézou může probíhat sestavování RNA a ta si udržuje i svou enzymatickou aktivitu, docházelo k replikaci ribozymů (enzymů na bázi RNA) atd. Přitom prostředí jako celek mohlo obsahovat až tisíckrát víc sodných než hořečnatých iontů.
T. Matreux et al, Heat flows in rock cracks naturally optimize salt compositions for ribozymes, Nature Chemistry (2021). DOI: 10.1038/s41557-021-00772-5
Zdroj: Ludwig Maximilian University of Munich / Phys.org
Poznámka PH: RNA je obecně představa života, kde RNA hrála současně roli dnešní DNA i proteinů, tj. nosiče informace i aktivního enzymu. Jedná se o teorii, která sice dává smysl, ale těžko ji přímo dokazovat (nebo naopak falzifikovat). Je také otázkou, zda máme na mysli RNA svět v „čisté podobě“, nebo verzi, kde už přece jen hrály nějakou roli i proteiny nebo i jiné nukleové kyseliny; ani RNA nemusela být první „položivou“ nukleovou kyselinou.
