On the origin of life

ABSTRACT

The origin of life is a very rich field, filled with possibilities and ripe for discovery. RNA replication requires chemical energy and vesicle division is easy to do with mechanical energy. These requirements point to a surface lake, perhaps at some time following the period of concentrated cyanide chemistry that gave rise to nucleotides, amino acids and (maybe) fatty acids. A second requirement follows specifically from the nature of the RNA replication cycle, which requires generally cool to moderate temperatures for the copying chemistry, punctuated by brief periods of high temperature for strand separation. Remarkably, lakes in a geothermal active area provide just such a fluctuating temperature environment, because lakes similar to Yellowstone can be generally cool (even ice covered in winter), but they contain numerous hydrothermal vents that emit streams of hot water. Protocells in such an environment would occasionally be swept into these hot water streams, where the transient high temperature exposure would cause RNA strand separation. However, the protocells would be quickly mixed with surrounding cold water, and would therefore cool quickly, before their delicate RNA molecules could be destroyed by heat. Because of the combination of favorable chemical and physical environments, this could be the most likely scenario for the early Earth environment that nurtured the origin of life.

RESUMEN

El origen de la vida es un campo lleno de posibilidades, listas para ser descubiertas. Basados en lo conocido sobre modelos de sistemas de membranas y sobre ARN, se comienza a deducir algunas características necesarias del entorno inicial. La replicación del ARN requiere energía química y la división de la vesícula es fácil de hacer con la energía mecánica. Estos requisitos apuntan a la superficie de un lago, en algún momento después del período en que la química del cianuro concentrado dio origen a los nucleótidos, aminoácidos y (tal vez) ácidos grasos. Un segundo requisito surge de la naturaleza del ciclo de replicación del ARN, que requiere temperaturas moderadas para la química de la copia, interrumpidas por breves períodos de alta temperatura para la separación en hebras. Solo lagos en una zona de actividad geotérmica proporcionan un ambiente de temperatura tan oscilante, lagos similares a Yellowstone pueden ser frescos (cubiertos de hielo en invierno), pero contienen numerosas fuentes hidrotermales que emiten chorros de agua caliente. Las protocélulas, en un ambiente así, de vez en cuando serían barridas en estas corrientes de alta temperatura, que podrían causar la separación transitoria de ARN de cadena. Pero las protocélulas serían mezcladas con rapidez en la zona de agua fría, y enfriarse antes de que sus delicadas moléculas de ARN fueran destruidas por el calor. La combinación de estos ambientes químicos y físicos favorables serían el escenario más probable del medio ambiente de la Tierra temprana que nutrió el origen de la vida.