Sebelum kehidupan di Bumi muncul, sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu, lautan adalah sup dari molekul yang campur aduk secara acak. Kemudian, entah bagaimana, beberapa molekul itu mengatur diri mereka menjadi rangkaian DNA yang terorganisir dengan baik, dinding sel pelindung, dan struktur kecil seperti organ yang mampu menjaga sel hidup dan berfungsi. Tetapi bagaimana mereka mencapai hal ini, organisasi ini telah lama membingungkan para ilmuwan. Sekarang, ahli biofisika di Universitas Ludwig-Maximilians di Munich berpikir mereka punya jawaban: gelembung.
Awal kehidupan tidak instan. Molekul-molekul prekursor awal entah bagaimana berubah menjadi blok-blok pembangun kehidupan, seperti RNA, DNA, garam dan lipid. Kemudian, molekul-molekul itu diorganisasikan untuk membentuk versi awal sel pertama, yang kemudian menjadi organisme bersel tunggal pertama.
"Ini adalah dasar untuk semua spesies hidup," Dieter Braun dari Universitas Ludwig-Maximilians, penulis utama penelitian ini, mengatakan kepada Live Science.
Agar sel-sel terbentuk, mulailah mereplikasi dan menjalani kehidupannya sendiri di Bumi purba, namun, semua bagian kimia pertama-tama perlu disatukan, kata Braun.
Di lautan dalam, di mana banyak ilmuwan berpikir kehidupan berawal, molekul-molekul seperti lipid, RNA, dan DNA mungkin ada; tetapi meskipun demikian, mereka akan terlalu menyebar untuk sesuatu yang menarik terjadi.
"Molekulnya hilang. Mereka berdifusi," kata Braun. "Reaksinya tidak akan terjadi begitu saja."
Para ilmuwan sepakat bahwa beberapa kekuatan diperlukan bagi molekul untuk berkumpul dan bereaksi satu sama lain, Henderson Cleaves, seorang ahli kimia di Tokyo Institute of Technology, mengatakan kepada Live Science. Para peneliti tidak setuju apa kekuatan itu.
Di situlah gelembung masuk.
Gelembung ada di mana-mana di bentang laut awal Bumi. Gunung berapi hangat di laut dalam menyemburkan bulu berkabut. Bola-bola yang lapang itu, berada di atas batu vulkanik yang keropos. Ini adalah kondisi yang ingin ditiru oleh Braun dan rekan-rekannya. Mereka menciptakan kapal dari bahan berpori yang meniru tekstur batuan vulkanik, kemudian mengisinya, pada gilirannya, dengan enam solusi berbeda, masing-masing memodelkan tahap yang berbeda dalam proses pembentukan kehidupan. Salah satu solusi, mewakili langkah awal, mengandung gula yang disebut RAO, yang akan diperlukan dalam pembangunan nukleotida, blok bangunan RNA dan DNA. Solusi lain, yang mewakili tahap selanjutnya, mengandung RNA itu sendiri, serta lemak yang diperlukan untuk membangun dinding sel.
Kemudian, para peneliti memanaskan solusi di satu sisi dan mendinginkannya di sisi lainnya. Mereka menciptakan sesuatu yang disebut "gradien termal," di mana suhu berangsur-angsur berubah dari satu ujung ke ujung lainnya, mirip dengan cara air dekat ventilasi termal laut dalam berangsur-angsur berubah dari panas ke dingin.
"Seperti lautan mikro," kata Braun.
Dalam setiap larutan, perubahan suhu memaksa molekul untuk menggumpal - dan mereka bergerak ke arah gelembung yang terbentuk secara alami di bawah kondisi ini. Hampir segera, mereka mulai bereaksi.
Gula membentuk kristal, semacam kerangka untuk RNA dan nukleotida DNA. Asam membentuk rantai yang lebih panjang, mengambil langkah lain menuju pembentukan molekul yang kompleks, seperti RNA. Akhirnya, molekul mengatur diri mereka menjadi struktur yang menyerupai sel-sel sederhana. Dalam arti dasar, kata Braun, sel adalah molekul yang terbungkus dalam kantong yang terbuat dari lemak. Itulah tepatnya yang terjadi pada permukaan gelembungnya: Lemak mengatur diri mereka dalam bidang di sekitar RNA dan molekul lainnya.
Yang paling mengejutkan bagi Braun dan rekan-rekannya, katanya, adalah seberapa cepat perubahan ini terjadi, dalam waktu kurang dari 30 menit.
"Aku kagum," katanya. Meskipun ini adalah pertama kalinya ia dan rekan-rekannya melihat gelembung secara khusus, para peneliti sebelumnya mencoba mereplikasi bagaimana molekul biologis ini menjalani reaksi kompleks yang diperlukan untuk kehidupan. Biasanya, katanya, reaksi ini memakan waktu berjam-jam.
Beberapa ahli kimia skeptis, bagaimanapun, bahwa gelembung Braun adalah representasi akurat dari lingkungan purba. Braun dan rekan-rekannya menyemai solusi mereka dengan banyak molekul kompleks yang dibutuhkan untuk kehidupan. Bahkan solusi paling sederhana mereka masih mewakili tahap selanjutnya dari proses pembentukan kehidupan, Ramanarayanan Krishnamurthy, seorang ahli kimia di Scripps Institution of Oceanography yang tidak terlibat dalam penelitian ini, kepada Live Science. Itu agak seperti memanggang kue dengan campuran kotak, daripada memulai dari awal.
Sebaliknya, lautan purba mungkin tidak memiliki kondisi yang tepat untuk membentuk molekul-molekul awal ini, kata Krishnamurthy.
Ditambah lagi, percobaan gelembung berlangsung dalam skala kecil. Itu penting, karena itu berarti perubahan suhu dari satu ujung tes ke yang berikutnya sangat tiba-tiba. Pada kenyataannya, gradien termal di bawah laut lebih bertahap, kata Cleaves.
Meski begitu, Braun berpendapat bahwa ada beberapa alasan mengapa gelembung mungkin menjadi tempat yang ideal untuk awal kehidupan. Pertama, mereka menyediakan antarmuka yang sempurna antara udara dan air. Tanpa udara, banyak reaksi yang diperlukan untuk kehidupan tidak dapat terjadi. Sebagai contoh, fosforilasi, suatu reaksi yang memungkinkan molekul-molekul kecil untuk membentuk string molekuler yang kompleks, harus terjadi di bawah setidaknya sebagian kondisi kering. Di dalam gelembung, itu tidak masalah; meskipun kecil, gelembung memberikan lingkungan yang sempurna agar reaksi ini mengering, setidaknya untuk sementara.
Tapi ada gelembung peran penting lain yang bisa dimainkan: Mereka menciptakan ketertiban. Dalam air diam, molekul biasanya menyebar tanpa pengaturan tertentu. Bubbles, bagaimanapun, memberikan molekul - dan mungkin awal kehidupan - sesuatu yang melekat di dunia yang kacau.
