Ny teknik kan hjälpa till att lösa mysteriet om livets ursprung
De flesta forskare tror att livet på jorden har sitt ursprung i 'varma små dammar' som hydrotermiska varma källor. Ny teknik och forskning kommer nu att undersöka hur processen kan ha inträffat - eller motbevisa den. Bild viaNational Park Service/ Diane Renkin.
Frågan om hur livet började på jorden är en av de äldsta och viktigaste frågorna inom vetenskapen. Nu kan ny teknik hjälpa tilltill sistLös mysteriet. Forskare vidOrigins Institutevid McMaster University i Hamilton, Ontario, Kanada, säger att den nya tekniken - för första gången - kan ge experimentella bevis för hur livet först bildades på den tidiga jorden för miljarder år sedan, och också visa hur det kan uppstå någon annanstans i universum också. Deinitiativtillkännagavs avLjusare världprogram på McMaster den 4 oktober 2018.
Forskarna använder enPlanet Simulator- en mycket sofistikerad klimatkammare - iOrigins of Life Laboratorypå McMaster för att återskapa miljöförhållandena på den tidiga jorden eller andra jordliknande planeter. SomMaikel Rheinstadter, en biofysiker och professor vid McMaster, förklarade:
Vi vill förstå hur den första levande cellen bildades - hur jorden flyttade från en kemisk värld till en biologisk värld. För närvarande finns det ingen tillfredsställande förklaring om hur det kunde ha hänt, eller hur livet kan bildas på andra planeter. Att lösa det mysteriet är vad det här labbet handlar om.
Forskare vill förstå hur den förstaprebiotisktmolekyler-livets byggstenar-kom först ihop för att bilda självreplikerandeRNAmolekyler, det första genetiska materialet som finns i allt liv som finns idag.
De flesta forskare tror nu att livet började i 'varma små dammar' -heta källor-för cirka 3,5-4,5 miljarder år sedan. Denna teori föreslår att i dessa dammar,nukleotider- viktigtbiomolekylerbehövs för livet - kombinerat medaminosyror,lipider, leror, stenar och oorganiska salter. När meteoriter kraschade in i dammarna levererade denukleobaser, som bildade nukleotider och sedan kedjor av RNApolymerer. Dessa polymerer sammanfogades till följd av våta och torra cykler av nederbörd, avdunstning och dränering. Detta startade de kemiska processerna som gjorde det möjligt för polymererna att börja självreplicera-starta processen som ledde till själva livet. Ny forskning som stöder denna teori publicerades förra året avRalph PudritzochBen Pearce- både på McMasters institution för fysik och astronomi.
Planet Simulator kommer nu att användas för att testa den hypotesen. Enligt Pudritz:
Detta laboratorium var utformat för att ringa upp villkoren på en mängd olika beboeliga planeter, inklusive de förhållanden som vi föreställer oss var närvarande på den tidiga jorden. Den kan simulera den varma lilla dammen - den geofysiska miljön, atmosfären, bestrålningen, de våta och torra cyklerna - allt är en del av det. Det här är de förhållanden under vilka det tidiga livet bildades och det är hur vi tror att kemin verkligen drivs.
The Planet Simulator in the new Origins of Life Laboratory vid McMaster University. Bild via Craig Chivers/CBC.
En vy inuti planetsimulatorn. Bild viaIntravision GroupSOM 2018.
Så hur ska forskarna använda labbet för att testa sina teorier? Först kommer de att skapa lösningar av molekylerna som finns i dammarna och sedan låta blandningen torka på kiselskivor. Proverna kommer sedan att placeras i simuleringskammaren i planetsimulatorn och utsättas för våt-torra, dag-natt och säsongscykler, samt för fuktighet, extrema temperaturer, oxiderande miljöer och höga strålningsnivåer som antas ha varit närvarande på den tidiga jorden. År med sådana cykler kommer att kunna simuleras på bara några dagar. Som förklaras avYingfu Li, professor vid McMasters institution för biokemi och biomedicinsk vetenskap:
I början, när livet föddes, fanns det ett stadium i dammarna när några av dessa RNA -molekyler faktiskt började fungera som enzymer som gjorde det möjligt för dem att kopiera sig själva, kopiera genetiskt material från andra molekyler och katalysera andra reaktioner som är viktiga till livet. Vi vet inte hur dessa molekyler genererades, så denna uppläggning och all annan analysutrustning i labbet kommer att tillåta oss att testa de kemiska processer som kan ha gett upphov till dessa magiska molekyler och se hur dessa molekyler kan har gått samman för att skapa celler.
Ralph Pudritz, Maikel Rheinstadter och Yingfu Li vid Origins Institute och det nya Origins of Life Laboratory vid McMaster University. Bild via Sarah Janes.
Ett annat stort mål är att kunna simulera förhållandena påÖvrigbeboeliga jordliknande planeter också och se hur livet kunde ha utvecklats på sådana världar, enligt Pudritz:
Jag tror att den stora frågan är, är vi ensamma? Om vi kan förstå hur livet bildades på jorden, kanske vi kan hitta RNA -sekvenser som kan ta fart i olika planetmiljöer. Om det här labbet har den kapacitet som vi tror att det har, borde vi kunna hitta andra förhållanden där vi kan testa dessa sekvenser och fråga, ”Fungerar det här?” Och om svaret är ja, är vi verkligen på väg.
Sammanfattning: Frågan om hur livet uppstod på jorden är ett av de största mysterierna inom vetenskapen, men tack vare ny teknik som används av forskare vid McMaster University kan vi vara ett steg närmare att äntligen lösa denna gåta - och också hitta bevis för livet på andra ställen i universum också.
Sammanfattning: Ny teknik, Planet Simulator, används för att hjälpa forskare att bättre förstå livets ursprung på jorden.