Jégciklusok vezethették az első sejtek megjelenését a korai Földön

Az Pesquisadores az Instituto és az Ciências az Terra és az Vida (ELSI) az Tóquio-ben bizonyítékokat fedezett fel arra vonatkozóan, hogy a jeges környezet döntő szerepet játszhatott az első sejtstruktúrák kialakulásában. A primitív Terra körülményeit szimuláló Experimentos azt mutatja, hogy az ismételt fagyasztási és felengedési ciklusok kedveztek a primitív molekuláris kompartmentek fúziójának és a DNS megtartásának. A tanulmány új távlatokat nyit meg arról, hogyan fejlődhetett ki az összetett élet a rendkívül egyszerű rendszerekből.

A kutatás a lipidvezikulákra – a zsírmembránok által alkotott kis buborékokra – összpontosított, és arra, hogy a különböző kémiai összetételek hogyan befolyásolták viselkedésüket hőstressz alatt. Az Descobertas azt jelzi, hogy több folyékony membrán, nagyobb fokú lipidtelítetlenséggel, elősegítette a kompartmentek fúzióját és az esszenciális molekulák keveredését. Az Esse eljárás bonyolult kémiai reakciókhoz alkalmas környezetet teremtett volna a bolygó korai napjaiban.

Az Protocélulas különböző lipidösszetételekkel készült

A kutatócsoport három különböző típusú foszfolipid felhasználásával kis gömb alakú rekeszeket hozott létre, amelyeket nagy unilamelláris vezikuláknak (LUV) neveznek. Az Cada típusnak külön szerkezeti jellemzői voltak, amelyek befolyásolták a membránok viselkedését.

• POPC(1-palmitoil-2-oleoil-glicero-3-foszfokolin): telítetlen acillánc egyetlen kettős kötéssel, amely merevebb membránokat hoz létre
• PLPC(1-palmitoil-2-linoleoil-sn-glicero-3-foszfokolin): telítetlen acillánc két kettős kötéssel, nagyobb folyékonyságot biztosítva
• DOPC(1,2-di-oleoil-sn-glicero-3-foszfokolin): két telítetlen acillánc, mindegyik kettős kötéssel, maximális folyékonyságot biztosítva

Segundo Tatsuya Shinoda, az ELSI PhD hallgatója és a munka vezető szerzője szerint a foszfatidilkolint membránkomponensként választották a modern sejtekkel való szerkezeti folytonossága, a prebiotikus körülmények között való potenciális elérhetősége és az alapvető tartalmak megtartásának képessége miatt. Az Essas molekulák, bár megjelenésükben hasonlóak, finom, de jelentős szempontokban különböznek, amelyek meghatározzák a struktúrák rugalmasságát.

Fusão és a fagyasztási ciklusok által vezérelt növekedés

A kutatók a hólyagokat ismételt fagyasztási és felengedési ciklusoknak tették ki, szimulálva a primitív Terra-ben előforduló hőmérsékletváltozásokat. Az Após csak három ciklus, egyértelmű különbségek merültek fel a rekeszek között. Vesículas gazdag POPC-ben csoportosítva anélkül, hogy teljesen összeolvadna, megőrizve eredeti szerkezetüket. Ezzel szemben a PLPC-t vagy DOPC-t tartalmazók lényegesen nagyobb rekeszekbe egyesültek. Quanto, minél nagyobb a membránban jelenlévő PLPC koncentrációja, annál nagyobb a valószínűsége a struktúrák fúziójának és növekedésének.

Az Esse viselkedés rávilágít a membránkémia alapvető szerepére a protosejtek evolúciójában. A több telítetlen kötést tartalmazó Lipídios kevésbé kompakt és szerkezetileg rugalmasabbá teszi a membránokat. Az Natsumi Noda, az ELSI kutatója megfigyelte, hogy a jégkristályok képződése miatti stressz hatására a membránok instabillá vagy töredezetté válhatnak, ami a felolvasztás után szerkezeti átszervezést igényel. A nagyobb fokú telítetlenségből adódó kevésbé kompakt oldalsó szerveződés több hidrofób régiót tár fel a membránrekonstrukció során, megkönnyítve a kölcsönhatásokat a szomszédos vezikulákkal és energetikailag kedvezővé téve a fúziót.

Captura és a genetikai anyag megtartása

A kompartment fúzió különösen fontos, mert lehetővé teszi a különálló vezikulák tartalmának keveredését. Az Na Terra primitív, ahol a szerves molekulák szétszóródtak a környezetben, ez a fajta keverék lényeges összetevőket hozhatott volna össze összetettebb kémiai reakciókhoz. A csapat tesztelte a vezikulák DNS-befogó és -megtartó képességét is, összehasonlítva a teljes egészében POPC-ből és PLPC-ből készült szerkezeteket. Az eredmények azt mutatták, hogy a PLPC vezikulák nagyobb hatékonysággal fogták be a DNS-t, még a fagyasztási és felengedési ciklusok előtt. Az Após ismételt ciklusai továbbra is jelentősen több genetikai anyagot őriztek meg, mint a POPC vezikulák, ami arra utal, hogy a lipid összetétel nemcsak a fúziót kedvezte, hanem megvédte a fontos molekulákat is.

Leia Também

A Vénusz és a Jupiter összhangja 2026 májusában minden este látható lesz

A NASA két robotja panorámaképeket készít a Marsról 360 fokos felbontásban

A kamerák rögzítik a testvérek párbeszédét, miután levágták egy nő kezét Cearában

Ambientes fagylalt, mint az élet bölcsője

Az Tradicionalmente szerint a tudósok olyan környezetekre összpontosítottak, mint a szárazföldi jégmedencék vagy a víz alatti hidrotermikus szellőzőnyílások, mint az élet lehetséges eredethelyei. Az Este tanulmány más perspektívát ad hozzá, ami arra utal, hogy a nagyméretű jeges környezetek is jelentős szerepet játszottak. A primitív Na Terra-ben a fagyás-olvadás ciklusok ismétlődően előfordulhattak kiterjedt geológiai időszakokon keresztül. Ahogy a víz megfagyott, a táguló jégkristályok az oldott molekulákat a visszamaradó folyadékba lökték, és kis helyekre koncentrálták őket. Az Esse folyamat növelné a molekulák és a vezikulák közötti kölcsönhatások valószínűségét, és kedvező környezetet teremtene a prebiotikus kémiának.

Az Simultaneamente, a telítetlenebb foszfolipidekből álló membránok hajlamosabbak lennének a fúzióra, elősegítve a különböző tartalmak keveredését. Az Existe azonban fontos megfelelője. Az Embora folyékony membránok elősegítik a fúziót, instabillá válhatnak a fagyasztás és felengedés által kiváltott stressz során, ami szivárgásokhoz vezet, amelyek veszélyeztetik az alapvető molekulák megtartását. Az Para a primitív protosejtek, a szerkezeti stabilitás és a permeabilitás közötti egyensúly fenntartása elengedhetetlen lett volna túlélésük és folyamatos fejlődésük szempontjából.

Az első komplex sejtekhez vezető út

Tomoaki Matsuura, az ELSI professzora és a tanulmány vezető kutatója azt sugallja, hogy a megnövekedett vezikulák rekurzív szelekciója, amelyet fagyasztás és felengedés vált ki az egymást követő generációk során, megvalósítható lett volna olyan hasadási mechanizmusok integrálásával, mint az ozmotikus nyomás vagy a mechanikai nyírás. A növekvő molekuláris komplexitás következtében az intravezikuláris rendszer – vagyis a gének által kódolt funkció – végső soron átveheti az irányítást a protocelluláris alkalmasság felett. Az Isso egy darwini evolúcióra képes őssejt kialakulásához vezetne. A legsikeresebb membránkompozíciók valószínűleg az élet eredetének minden helyén jellemző környezeti feltételektől függtek.

Összességében az eredmények azt sugallják, hogy az olyan egyszerű fizikai folyamatok, mint a fagyasztás és a felolvasztás, segíthettek az alapvető molekuláris rekeszekből az első fejlődő sejtekbe való átmenetben. A kutatás nemcsak egyértelműbb választ ad arra az évszázados kérdésre, hogyan kezdődött az élet, hanem azt is bizonyítja, hogy a szélsőséges környezetek katalizátorai lehetnek a biológiai összetettségnek, és új kutatási irányokat nyitottak a primitív molekuláris struktúrák ellenálló képességével kapcsolatban.