A tanulmány feltárja, hogy a korai földi jégciklusok ösztönözték az első sejtek kialakulását

Az Tóquio-ben található Cientistas Instituto Ciências Terra és Vida felfedezte, hogy a szélsőséges hőmérsékleti ingadozások kulcsszerepet játszottak az első élő szervezetek megjelenésében. A tanulmány rámutat arra, hogy a víz fagyasztási és felengedési ciklusai elengedhetetlenek voltak az ősi sejtmembránok kialakulásához és fejlődéséhez. A kutatás több milliárd évvel ezelőtti környezeti feltételeket szimulál, hogy megértse az alapvető molekulák viselkedését. Az eredmények új perspektívát mutatnak az evolúciós biológiában.

A vizsgálat azt mutatja, hogy az ismételt hőátmenet lehetővé tette az egyszerű molekuláris kompartmentek számára, hogy nagyobb hatékonysággal egyesüljenek és befogják a genetikai anyagot. A víz halmazállapotának megváltozásának fizikai folyamata a lipidek átrendeződését kényszerítette ki, összetettebb és stabilabb struktúrákat hozva létre. Az Essa összeszerelési és szétszerelési dinamika elősegítette a DNS-szálak megtartását a vezikulákon belül. Az előrelépés segít megmagyarázni a hidat a szervetlen kémia és az első szaporodásra képes biológiai rendszerek között.

A fagyás szerepe az első membránok kialakulásában

A korai Terra ellenséges és nagyon instabil környezetet mutatott be a szerves kémia számára. Az elkülönített kompartmentek kialakítása alapvető követelmény volt, hogy a kémiai reakciók szabályozottan és folyamatosan menjenek végbe. A kutatók megfigyelték, hogy a molekulák egyszerű jelenléte a vízben nem elegendő a funkcionális sejtek létrehozásához. Az extrém hőciklusok alkalmazása megváltoztatta ezt a forgatókönyvet. Az erős hideg megváltoztatja a víz fizikai szerkezetét, és az oldott anyagokat nem fagyott terekben koncentrálja.

Durante a fagyási folyamat, a jégkristályok képződése a lipidvezikulákat egyre kisebb terekbe tömöríti. Az Essa mechanikai nyomás arra kényszeríti a membránokat, hogy átmenetileg felszakadjanak és keveredjenek más közeli szerkezetekkel. Quando a hőmérséklet emelkedik és a jég elolvad, a membránok gyorsan újjáépülnek. Az ismétlődő ciklus minden egyes új kiolvasztási fázissal nagyobb és összetettebb rekeszeket eredményez. A fizikai dinamika a sejtnövekedés természetes motorjaként működik.

Diferentes típusú lipidek és sejtek viselkedése

A kutatócsoport a lipidek három változatát használta annak megértésére, hogy a különböző kémiai összetételek hogyan reagálnak a hőstresszre. Az anyagok kiválasztásával az ősóceánokban esetleg létező molekulákat igyekeztek szimulálni. Az elemzés részletezte az egyes anyagok azon képességét, hogy nagy, egyrétegű vezikulákat képezzenek változó hőmérsékleti körülmények között. Az egyes vegyületek viselkedése eltérő olvadási és szerkezeti stabilitási jellemzőket tárt fel.

• POPC: Az acilláncban egyetlen kettős kötéssel rendelkező lipid merev membránokat alkotott, amelyek megőrizték az eredeti szerkezetet nagy fúziós sebesség nélkül.
• PLPC: A két kettős kötést tartalmazó molekula nagy folyékonyságot mutatott, és a legnagyobb növekedési kapacitást mutatta a termikus tesztek során.
• DOPC: A mindkét láncban kettős kötést tartalmazó vegyület biztosította a maximális folyékonyságot a laboratóriumban elemzett minták között.

Az eredmények azt mutatták, hogy a PLPC lipid jelenléte meghatározó volt a sejtfúzió sikerében. Ennek a molekulának a nagy folyékonysága lehetővé tette a membránok könnyű átszervezését a jégkristályok okozta szakadás után. A szerkezeti rugalmasság kritikus tényező bármely kezdődő biológiai rendszer túlélése szempontjából. A nagyon merev membránok nem tudtak új anyagokat beépíteni, és eredeti méretükben stagnáltak, korlátozva a fejlődést.

A genetikai anyag befogása a vezikulákon belül

A lipidbuborék egyszerű kialakulása nem képez élő sejtet genetikai utasítások jelenléte nélkül. A kísérlet azt vizsgálta, hogy ezek a primordiális vezikulák képesek-e elnyelni és megvédeni a DNS-molekulákat a hőmérsékleti ciklusok során. A fagyasztási fázis destabilizálja a lipidgátat és ideiglenes nyílásokat hoz létre a szerkezetben. A vizes környezetben diszpergált genetikai anyag áthatolhat ezeken a rekeszeken, mielőtt a membrán újra bezárulna a felengedés után.

Leia Também

Wordle 1776-os válasz április 30-tól ismételt levéltippel

A Spotify streaming szolgáltatás leállt, és több ezer felhasználó hozzáférési hibája miatt ezen a hétfőn

A Square Enix többplatformos bevezetést készít a Final Fantasy VII trilógia befejezésére

A PLPC-ből álló vezikulák figyelemre méltó hatékonyságot mutattak a DNS megtartása terén több ciklus után. A kutatás számszerűsítette a kapszulázott genetikai anyagot, és megerősítette, hogy a hőváltozás természetes injekciós mechanizmusként működik. Sem ezt a fizikai folyamatot, a DNS-molekulák nagy nehézségekbe ütköznének spontán módon átjutni a lipidgáton. A védőrekesz és az információs molekula egyesülése a biológiai komplexitás kezdetét jelzi a bolygón.

A sikeres kapszulázás az inert vezikulumot evolúciós potenciállal rendelkező protosejtté alakítja. A genetikai anyag védelme a környezeti leromlástól lehetővé teszi a molekulák biztonságos replikációját. A membrán szelektív szűrőként működik, amely az alapvető összetevőket egymás közelében tartja. A fizikai közelség felgyorsítja a belső kémiai reakciókat, és az alapvető sejtfunkciók fejlődéséhez kedvező mikrokörnyezetet hoz létre.

A primitív Terra geológiai Cenários és a biológiai evolúció

A tudományos közösség évtizedek óta vitatja, hogy pontosan hol keletkezhetett az élet. Az óceánok fenekén található hidrotermikus szellőzőnyílásokat mindig is a legvalószínűbb bölcsőnek tartották bőséges energia- és ásványianyag-ellátásuk miatt. Az új tanulmány a hideg környezetet és a jeges felületeket egyformán életképes és potenciálisan jobb forgatókönyvként mutatja be az evolúció bizonyos szakaszaiban. Az éjszakai vagy szezonális fagyás és a nappali olvadás váltakozása biztosította a cella összeállításához szükséges mechanikai energiát.

Az egyszerű szerves molekulák összetett szerkezetekké való kombinációja speciális feltételeket igényel, amelyek megakadályozzák a vegyületek azonnali diszperzióját. A jég szilárd mátrixként működik, amely behatárolja az anyagokat, és növeli a produktív vegyi találkozások valószínűségét. Az életre való átmenet attól függött, hogy ezek a protocellák képesek-e megőrizni sértetlenségüket, miközben új funkciókat sajátítottak el. A természetes szelekció már jóval az első modern egysejtű szervezetek megjelenése előtt elkezdett hatni ezekre a részekre.

A membrán viselkedését diktálni képes belső rendszerek kifejlesztése jelentette az utolsó lépést a darwini evolúció felé. A DNS-t megtartani és hatékonyan növekedni tudó protosejtek uralták a primitív környezetet. A kutatás megerősíti azt az elképzelést, hogy pusztán fizikai és mechanikai folyamatok irányították a prebiotikus kémiát annak korai szakaszában. E dinamikák megértése bővíti az ismereteket a szénalapú élet létezésének alapvető követelményeiről.