Pesquisadores з Instituto з Ciências з Terra і Vida з Tóquio виявили, що повторювані цикли заморожування та відтавання в стародавньому Terra могли мати вирішальне значення для появи перших клітинних структур. Дослідження, засноване на експериментах з ліпідними везикулами, демонструє, що варіації складу мембран безпосередньо впливають на ріст і злиття примітивних протоклітин, пропонуючи новий погляд на те, як життя могло початися.
Моделювання показало, що коливання температур спричиняють відмінну поведінку досліджуваних молекулярних структур. Vesículas, що містить ліпіди з вищою ненасиченістю, мав тенденцію до злиття у більші компартменти після послідовних теплових циклів, тоді як ті з більш жорстким складом залишалися згрупованими без повної інтеграції.
Примітиви Membranas по-різному реагують на термічний стрес
Вчені побудували невеликі сферичні компартменти, які називаються великими одношаровими везикулами, використовуючи три типи фосфоліпідів з різними структурними властивостями. POPC утворює більш жорсткі мембрани, тоді як PLPC і DOPC виробляють значно більше рідинних мембран завдяки додатковим хімічним зв’язкам, присутнім у їхніх молекулах.
Команда піддала ці структури трьом послідовним циклам заморожування та відтавання, відтворюючи умови середовища, які існували б у примітивному Terra. Результати показали кардинальні відмінності в поведінці везикул.
- POPC-багатий Vesículas: кластеризація без повного злиття
- Vesículas з PLPC або DOPC: злиття в більші відсіки
- Спостерігається Correlação: більша кількість PLPC призвела до більш інтенсивного злиття та росту
- Виявлено Mecanismo: ненасичені ліпіди зменшують компактність мембрани
Роль хімічної нестабільності в протоклітинній еволюції
Кристали льоду Quando утворюються під час заморожування, мембрани зазнають фрагментації та структурної реорганізації при відтаванні. Lipídios із більшою ненасиченістю оголює більше гідрофобних областей під час цього процесу реконструкції, полегшуючи взаємодію з сусідніми везикулами та роблячи злиття енергетично сприятливим.
Механізм Esse, можливо, був фундаментальним для складних процесів. Злиття примітивних компартментів дозволило більш ефективно захоплювати та утримувати ключові молекули, включаючи ДНК, які були б важливими для більш просунутих біологічних систем. Послідовні події термоядерного синтезу змішали б разом різні молекули, підготувавши основу для більш складних хімічних реакцій, які характеризують сучасне життя.
Tatsuya Shinoda, докторант, який керував роботою, підкреслив важливість вибору ліпідів для експериментів. Команда вибрала фосфатидилхолін, тому що він зберігає структурну спадкоємність із сучасними клітинами, міг бути доступним у пребіотичних умовах і демонструє здатність зберігати необхідний вміст під час термічного циклу.
Молекулярний Diferenças визначає долю примітивних структур
Три протестовані молекули мають спільну основну структуру, але відрізняються ключовими аспектами. POPC містить ненасичений ацильний ланцюг з одинарним подвійним зв’язком. PLPC також має ненасичений ацильний ланцюг, але з двома подвійними зв’язками, що значно змінює його текучість. DOPC включає два ненасичені ацильні ланцюги, кожен з яких має подвійний зв’язок, утворюючи найбільш текучий ліпід з трьох.
Essas тонкі відмінності визначають, як молекули організовуються в тривимірному просторі. Більш жорсткі Membranas, такі як ті, що утворюються POPC, протистоять деформації та інтеграції з іншими структурами. Більш текучий Membranas демонструє більшу молекулярну гнучкість, що дозволяє реорганізуватися під час термічного навантаження. Менш компактна латеральна організація, характерна для ліпідів із високою ненасиченістю, ефективніше оголює поверхні, які сприяють злиттю.
Implicações для розуміння походження життя
Отримані дані кидають виклик попередньому розумінню середовища для появи життя. Até Нещодавно дослідники акцентували увагу на підводних геотермальних середовищах або теплих тропічних лагунах. Робота Este свідчить про те, що холодне, здавалося б, вороже середовище створювало ідеальні умови для розвитку найпримітивніших структур.
Складність сучасних клітин включає внутрішні опорні структури, жорстко контрольовані хімічні процеси та генетичні інструкції, які керують практично кожною функцією. Навпаки, примітивні протоклітини були по суті маленькими бульбашками, де ліпідні мембрани оточували основні органічні молекули. Compreender Як ці надзвичайно прості структури еволюціонували в такі складні системи, залишається центральним для дослідження абіогенезу.
Експерименти ELSI показують, що варіації складу мембрани мають визначальний вплив на здатність рости, зливатися та утримувати критичні молекули під час екстремальних погодних явищ. Відкриття Essa відкриває нові напрямки дослідження того, які ліпіди були переважаючими на ранніх етапах Terra і як їх наявність у різних середовищах могла керувати ранньою хімічною еволюцією життя.