Ο Pesquisadores του Instituto του Ciências του Terra και ο Vida του Tóquio ανακάλυψαν ότι οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι κατάψυξης και απόψυξης στο αρχαίο Terra μπορεί να ήταν κρίσιμοι για την εμφάνιση της πρώτης κυτταρικής δομής. Η μελέτη, που βασίζεται σε πειράματα με κυστίδια λιπιδίων, καταδεικνύει ότι οι παραλλαγές στη σύνθεση της μεμβράνης επηρεάζουν άμεσα την ανάπτυξη και τη σύντηξη των πρωτόγονων πρωτοκυττάρων, προσφέροντας μια νέα προοπτική για το πώς μπορεί να έχει ξεκινήσει η ζωή.
Οι προσομοιώσεις αποκάλυψαν ότι οι κυμαινόμενες θερμοκρασίες προκάλεσαν διακριτές συμπεριφορές στις δοκιμασμένες μοριακές δομές. Λιπίδια που περιείχαν Vesículas με υψηλότερο ακόρεστο έτειναν να συγχωνεύονται σε μεγαλύτερα διαμερίσματα μετά από διαδοχικούς θερμικούς κύκλους, ενώ εκείνα με πιο άκαμπτη σύνθεση παρέμειναν ομαδοποιημένα χωρίς να ενσωματωθούν πλήρως.
Τα πρωτόγονα Membranas ανταποκρίνονται διαφορετικά στη θερμική καταπόνηση
Οι επιστήμονες κατασκεύασαν μικρά σφαιρικά διαμερίσματα που ονομάζονται μεγάλα μονοστρωματικά κυστίδια χρησιμοποιώντας τρεις τύπους φωσφολιπιδίων με διακριτές δομικές ιδιότητες. Το POPC σχηματίζει πιο άκαμπτες μεμβράνες, ενώ τα PLPC και DOPC παράγουν σημαντικά περισσότερες ρευστές μεμβράνες λόγω των πρόσθετων χημικών δεσμών που υπάρχουν στα μόριά τους.
Η ομάδα υπέβαλε αυτές τις δομές σε τρεις διαδοχικούς κύκλους κατάψυξης και απόψυξης, αναπαράγοντας περιβαλλοντικές συνθήκες που θα υπήρχαν στο πρωτόγονο Terra. Τα αποτελέσματα έδειξαν δραστικές διαφορές στη συμπεριφορά των κυστιδίων.
- Vesículas πλούσιο σε POPC: ομαδοποίηση χωρίς πλήρη σύντηξη
- Vesículas με PLPC ή DOPC: σύντηξη σε μεγαλύτερα διαμερίσματα
- Παρατηρήθηκε Correlação: μεγαλύτερη ποσότητα PLPC είχε ως αποτέλεσμα πιο έντονη σύντηξη και ανάπτυξη
- Εντοπίστηκε Mecanismo: τα ακόρεστα λιπίδια μειώνουν τη συμπαγή μεμβράνη
Ο ρόλος της χημικής αστάθειας στην πρωτοκυτταρική εξέλιξη
Οι παγοκρύσταλλοι Quando σχηματίζονται κατά την κατάψυξη, οι μεμβράνες υφίστανται κατακερματισμό και δομική αναδιοργάνωση κατά την απόψυξη. Το Lipídios με μεγαλύτερο ακόρεστο εκθέτει περισσότερες υδρόφοβες περιοχές κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ανακατασκευής, διευκολύνοντας τις αλληλεπιδράσεις με γειτονικά κυστίδια και καθιστώντας τη σύντηξη ενεργειακά ευνοϊκή.
Ο μηχανισμός Esse μπορεί να ήταν θεμελιώδης για πολύπλοκες διαδικασίες. Η σύντηξη πρωτόγονων διαμερισμάτων επέτρεψε την αποτελεσματικότερη σύλληψη και διατήρηση βασικών μορίων, συμπεριλαμβανομένου του DNA, που θα ήταν απαραίτητα για πιο προηγμένα βιολογικά συστήματα. Διαδοχικά γεγονότα σύντηξης θα είχαν αναμείξει διαφορετικά μόρια μεταξύ τους, θέτοντας το υπόβαθρο για τις πιο εξελιγμένες χημικές αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τη σύγχρονη ζωή.
Ο Tatsuya Shinoda, ένας διδακτορικός φοιτητής που ηγήθηκε της εργασίας, τόνισε τη σημασία της επιλογής λιπιδίων για τα πειράματα. Η ομάδα επέλεξε τη φωσφατιδυλοχολίνη επειδή διατηρεί τη δομική συνέχεια με τα σύγχρονα κύτταρα, θα μπορούσε να ήταν διαθέσιμη υπό πρεβιοτικές συνθήκες και αποδεικνύει την ικανότητα να διατηρεί τα βασικά περιεχόμενα κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου.
Το μοριακό Diferenças καθορίζει την τύχη των πρωτόγονων δομών
Τα τρία μόρια που δοκιμάστηκαν μοιράζονται μια βασική δομή, αλλά διαφέρουν σε κρίσιμες πτυχές. Το POPC περιέχει μια ακόρεστη ακυλική αλυσίδα με έναν απλό διπλό δεσμό. Το PLPC έχει επίσης μια ακόρεστη ακυλική αλυσίδα, αλλά με δύο διπλούς δεσμούς, που αλλοιώνουν σημαντικά τη ρευστότητά του. Το DOPC περιλαμβάνει δύο ακόρεστες αλυσίδες ακυλίου, η καθεμία με διπλό δεσμό, παράγοντας το πιο ρευστό λιπίδιο από τα τρία.
Οι λεπτές διαφορές Essas καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια οργανώνονται στον τρισδιάστατο χώρο. Τα πιο άκαμπτα Membranas, όπως αυτά που σχηματίζονται από το POPC, αντιστέκονται στην παραμόρφωση και την ενσωμάτωση με άλλες δομές. Το πιο ρευστό Membranas παρουσιάζει μεγαλύτερη μοριακή ευελιξία, επιτρέποντας την αναδιοργάνωση όταν υποβάλλεται σε θερμική καταπόνηση. Η λιγότερο συμπαγής πλευρική οργάνωση χαρακτηριστική των λιπιδίων με υψηλή ακορεστότητα εκθέτει πιο αποτελεσματικά τις επιφάνειες που προάγουν τη σύντηξη.
Implicações για την κατανόηση της προέλευσης της ζωής
Τα ευρήματα αμφισβητούν την προηγούμενη κατανόηση των περιβαλλόντων για την εμφάνιση της ζωής. Até Πρόσφατα, οι ερευνητές έδωσαν έμφαση στα υποθαλάσσια γεωθερμικά περιβάλλοντα ή τις θερμές τροπικές λιμνοθάλασσες. Η εργασία του Este υποδηλώνει ότι τα παγωμένα, φαινομενικά εχθρικά περιβάλλοντα πρόσφεραν ιδανικές συνθήκες για την ανάπτυξη των πιο πρωτόγονων δομών.
Η πολυπλοκότητα των σύγχρονων κυττάρων περιλαμβάνει εσωτερικές υποστηρικτικές δομές, αυστηρά ελεγχόμενες χημικές διεργασίες και γενετικές οδηγίες που καθοδηγούν σχεδόν κάθε λειτουργία. Αντίθετα, τα πρωτόγονα πρωτοκύτταρα ήταν ουσιαστικά μικρές φυσαλίδες όπου οι λιπιδικές μεμβράνες περιέβαλλαν βασικά οργανικά μόρια. Compreender Ο τρόπος με τον οποίο αυτές οι εξαιρετικά απλές δομές εξελίχθηκαν σε τέτοια εξελιγμένα συστήματα παραμένει κεντρικός στην έρευνα για την αβιογένεση.
Τα πειράματα ELSI δείχνουν ότι οι παραλλαγές στη σύνθεση της μεμβράνης έχουν καθοριστική επίδραση στην ικανότητα ανάπτυξης, συντήξεως και διατήρησης κρίσιμων μορίων κατά τη διάρκεια ακραίων καιρικών φαινομένων. Η ανακάλυψη του Essa ανοίγει νέες γραμμές έρευνας για το ποια λιπίδια θα ήταν κυρίαρχα στην πρώιμη Terra και πώς η διαθεσιμότητά τους σε διαφορετικά περιβάλλοντα μπορεί να καθοδηγούσε την πρώιμη χημική εξέλιξη της ζωής.