在现代生物体中，遗传物质 DNA 编码合成蛋白质的指令——使现代细胞能够发挥功能和复制的多功能纳米机器。但是 DNA 和蛋白质之间的这种功能联系是如何建立的呢?根据“RNA 世界”假说，原始生命系统是基于自我复制的 RNA 分子。从化学上讲，RNA与DNA密切相关。然而，除了存储信息之外，RNA 还可以折叠成具有催化活性的复杂结构，类似于催化细胞中化学反应的蛋白质纳米机器。这些特性表明 RNA 分子应该能够催化其他 RNA 链的复制，并启动自我维持的进化过程。因此，
为了正确折叠，RNA 需要相对高浓度的双电荷镁离子和最低浓度的单电荷钠，因为后者会导致 RNA 链的错误折叠。单独干燥会改变盐浓度，但不会改变不同离子的相对量。因此，由 LMU 生物物理学家 Dieter Braun 和 Christof Mast 领导的研究人员与马克斯普朗克生物化学研究所、多特蒙德技术大学 (TU) 和 LMU Geosciences 的同事合作，现在询问如何在大约 40 亿年前地球上普遍存在的条件。“我们已经证明，玄武岩和简单对流的结合可以在自然条件下产生 Mg 和 Na 离子之间的最佳关系，”
玄武岩玻璃和热流
为此，由 Donald Dingwell 和 Bettina Scheu 领导的 LMU 地球科学家首先合成了玄武岩玻璃，并将玄武岩的各种形式表征为岩石和玻璃。玄武岩玻璃是在熔化的玄武岩快速冷却时产生的，例如当它与海水接触时——这是地球上不断发生的自然过程。在第二步中，LMU 的生物物理学家分析了在不同条件下(例如温度或地质材料的粒度)从玻璃中提取的镁和钠的量。他们总是发现水中的钠含量明显高于镁，而且后者的浓度比益生元 RNA 纳米机器所需的浓度低得多。
“然而，当添加热流时，这种情况发生了相当大的变化——热流很可能已经存在，因为在生命前环境中预期的地质活动水平很高，”马斯特说。在玄武岩玻璃的狭窄孔隙和裂缝中，温度梯度不仅会引起对流，还会导致离子逆电流方向的净运动。这种效应的大小(称为热泳)在很大程度上取决于相关离子的大小和电荷。这种对流和热泳的结合最终导致镁离子的局部积累，其局部浓度比钠离子高得多。此外，这种集中效应的幅度随着所涉及系统的规模而增加。
使用由 Hannes Mutschler (MPI for Biochemistry/TU Dortmund) 提供的基准系统催化 RNA 链，该团队继续确认 RNA 链的连接和核酶自我复制，并且在热泳条件下更有效。事实上，这项新研究表明，即使培养基中钠含量超过镁离子(1000:1)，热流的存在也允许 RNA 活动发生，即在某些益生元情景中假设的条件下，否则与基于 RNA 的催化过程不相容。
