Pesquisadores на Instituto на Ciências на Terra и Vida на Tóquio откриха, че повтарящите се цикли на замразяване и размразяване в древния Terra може да са били решаващи за появата на първите клетъчни структури. Проучването, базирано на експерименти с липидни везикули, демонстрира, че вариациите в състава на мембраната пряко влияят върху растежа и сливането на примитивни протоклетки, предлагайки нова гледна точка за това как животът може да е започнал.
Симулациите разкриха, че променливите температури причиняват различни поведения в тестваните молекулярни структури. Vesículas, съдържащи липиди с по-висока ненаситеност, са склонни да се сливат в по-големи отделения след последователни термични цикли, докато тези с по-твърд състав остават групирани, без да се интегрират напълно.
Membranas примитивите реагират по различен начин на топлинен стрес
Учените конструираха малки сферични отделения, наречени големи еднослойни везикули, използвайки три вида фосфолипиди с различни структурни свойства. POPC образува по-твърди мембрани, докато PLPC и DOPC произвеждат значително повече течни мембрани поради допълнителните химически връзки, присъстващи в техните молекули.
Екипът подлага тези структури на три последователни цикъла на замразяване и размразяване, възпроизвеждайки условията на околната среда, които биха съществували в примитивния Terra. Резултатите показват драстични разлики в поведението на везикулите.
- Богат на POPC Vesículas: групиране без пълно сливане
- Vesículas с PLPC или DOPC: синтез в по-големи отделения
- Наблюдава се Correlação: по-голямо количество PLPC води до по-интензивно сливане и растеж
- Идентифициран Mecanismo: ненаситените липиди намаляват плътността на мембраната
Ролята на химическата нестабилност в протоклетъчната еволюция
Quando ледени кристали се образуват по време на замразяване, мембраните претърпяват фрагментация и структурна реорганизация при размразяване. Lipídios с по-голяма ненаситеност излага повече хидрофобни области по време на този процес на реконструкция, улеснявайки взаимодействията със съседни везикули и правейки сливането енергийно благоприятно.
Механизмът Esse може да е бил основен за сложни процеси. Сливането на примитивни отделения позволи по-ефективно улавяне и задържане на ключови молекули, включително ДНК, които биха били от съществено значение за по-напредналите биологични системи. Последователни събития на термоядрен синтез биха смесили различни молекули заедно, подготвяйки почвата за по-сложните химични реакции, които характеризират съвременния живот.
Tatsuya Shinoda, докторант, който ръководи работата, подчерта важността на избора на липиди за експериментите. Екипът е избрал фосфатидилхолин, защото поддържа структурна приемственост със съвременните клетки, може да е бил наличен при пребиотични условия и демонстрира способността да задържа основно съдържание по време на топлинен цикъл.
Молекулярният Diferenças определя съдбата на примитивните структури
Трите тествани молекули споделят основна структура, но се различават по важни аспекти. POPC съдържа ненаситена ацилова верига с единична двойна връзка. PLPC също има ненаситена ацилова верига, но с две двойни връзки, което значително променя неговата течливост. DOPC включва две ненаситени ацилови вериги, всяка с двойна връзка, произвеждайки най-течния липид от трите.
Essas фините разлики определят как молекулите се организират в триизмерното пространство. По-твърдите Membranas, като тези, образувани от POPC, издържат на деформация и интеграция с други структури. По-течният Membranas представя по-голяма молекулярна гъвкавост, позволявайки реорганизация, когато е подложен на термичен стрес. По-малко компактната странична организация, характерна за липидите с висока ненаситеност, по-ефективно излага повърхностите, които насърчават сливането.
Implicações за разбиране на произхода на живота
Констатациите предизвикват предишното разбиране за средата за възникване на живот. Até Наскоро изследователите наблегнаха на подводна геотермална среда или топли тропически лагуни. Работата на Este предполага, че хладните, привидно враждебни среди предлагат идеални условия за развитието на най-примитивните структури.
Сложността на съвременните клетки включва вътрешни поддържащи структури, строго контролирани химични процеси и генетични инструкции, които ръководят почти всяка функция. Обратно, примитивните протоклетки са по същество малки мехурчета, където липидните мембрани обграждат основните органични молекули. Compreender Как тези изключително прости структури са еволюирали в такива сложни системи остава централно за изследването на абиогенезата.
Експериментите на ELSI показват, че вариациите в състава на мембраната имат определящо влияние върху способността за растеж, сливане и задържане на критични молекули по време на екстремни климатични явления. Откритието на Essa отваря нови линии на изследване на това кои липиди биха били преобладаващи в ранния Terra и как тяхната наличност в различни среди може да е ръководила ранната химическа еволюция на живота.