Bevriezing op de vroege aarde kan de oorsprong van het leven hebben veroorzaakt

Pesquisadores van Instituto van Ciências van Terra en Vida van Tóquio ontdekten dat herhaalde cycli van bevriezen en ontdooien in het oude Terra cruciaal kunnen zijn geweest voor het ontstaan ​​van de eerste cellulaire structuren. De studie, gebaseerd op experimenten met lipideblaasjes, toont aan dat variaties in de membraansamenstelling rechtstreeks van invloed zijn op de groei en fusie van primitieve protocellen, wat een nieuw perspectief biedt op hoe het leven mogelijk is begonnen.

Uit de simulaties bleek dat fluctuerende temperaturen verschillend gedrag in de geteste moleculaire structuren veroorzaakten. Vesículas-bevattende lipiden met een hogere onverzadiging hadden de neiging om na opeenvolgende thermische cycli in grotere compartimenten op te gaan, terwijl die met een stijvere samenstelling gegroepeerd bleven zonder volledig te integreren.

Membranas-primitieven reageren anders op thermische stress

Wetenschappers hebben kleine bolvormige compartimenten geconstrueerd, grote unilamellaire blaasjes genoemd, met behulp van drie soorten fosfolipiden met verschillende structurele eigenschappen. POPC vormt stijvere membranen, terwijl PLPC en DOPC aanzienlijk meer vloeibare membranen produceren vanwege de extra chemische bindingen die in hun moleculen aanwezig zijn.

Het team onderwierp deze structuren aan drie opeenvolgende cycli van bevriezen en ontdooien, waardoor de omgevingsomstandigheden werden gereproduceerd die zouden hebben bestaan ​​in de primitieve Terra. De resultaten lieten drastische verschillen zien in het gedrag van de blaasjes.

• POPC-rijke Vesículas: clustering zonder volledige fusie
• Vesículas met PLPC of DOPC: fusie in grotere compartimenten
• Correlação merkte op: een grotere hoeveelheid PLPC resulteerde in een intensere fusie en groei
• Mecanismo geïdentificeerd: onverzadigde lipiden verminderen de membraancompactheid

De rol van chemische instabiliteit in protocellulaire evolutie

Quando-ijskristallen vormen zich tijdens het invriezen, membranen ondergaan fragmentatie en structurele reorganisatie tijdens het ontdooien. Lipídios met een grotere onverzadiging legt meer hydrofobe gebieden bloot tijdens dit reconstructieproces, waardoor interacties met aangrenzende blaasjes worden vergemakkelijkt en fusie energetisch gunstig wordt gemaakt.

Het Esse-mechanisme kan van fundamenteel belang zijn geweest voor complexe processen. Fusie van primitieve compartimenten maakte een efficiëntere opname en retentie van sleutelmoleculen mogelijk, waaronder DNA, die essentieel zouden zijn voor meer geavanceerde biologische systemen. Opeenvolgende fusiegebeurtenissen zouden verschillende moleculen met elkaar hebben gemengd, waardoor de weg vrij was gemaakt voor de meer geavanceerde chemische reacties die het moderne leven kenmerken.

Tatsuya Shinoda, een promovendus die het werk leidde, benadrukte het belang van het kiezen van lipiden voor de experimenten. Het team selecteerde fosfatidylcholine omdat het de structurele continuïteit met moderne cellen handhaaft, beschikbaar had kunnen zijn onder prebiotische omstandigheden, en het vermogen aantoont om essentiële inhoud vast te houden tijdens thermische cycli.

Leia Também

Door de regen komen tien mensen om het leven en worden er in drie staten mensen vermist

De Formule 1 wijzigt de start van de GP van Miami om stormvoorspellingen te voorkomen

Eén UI 8.5-systeem arriveert op de Galaxy-lijn met lokale kunstmatige intelligentie-verwerking

Moleculaire Diferenças bepaalt het lot van primitieve structuren

De drie geteste moleculen delen een basisstructuur, maar verschillen op cruciale aspecten. POPC bevat een onverzadigde acylketen met een enkele dubbele binding. PLPC heeft ook een onverzadigde acylketen, maar met twee dubbele bindingen, waardoor de vloeibaarheid ervan aanzienlijk verandert. DOPC omvat twee onverzadigde acylketens, elk met een dubbele binding, die het meest vloeibare lipide van de drie produceren.

Essas subtiele verschillen bepalen hoe moleculen zichzelf organiseren in de driedimensionale ruimte. Stijvere Membranas, zoals die gevormd door POPC, zijn bestand tegen vervorming en integratie met andere structuren. Vloeibaarder Membranas biedt een grotere moleculaire flexibiliteit, waardoor reorganisatie mogelijk is bij blootstelling aan thermische stress. De minder compacte laterale organisatie die kenmerkend is voor lipiden met een hoge onverzadiging legt efficiënter de oppervlakken bloot die fusie bevorderen.

Implicações voor het begrijpen van de oorsprong van het leven

De bevindingen dagen het eerdere begrip van omgevingen voor het ontstaan ​​van leven uit. Até Onlangs legden onderzoekers de nadruk op geothermische onderwateromgevingen of warme tropische lagunes. Este-werk suggereert dat ijskoude, schijnbaar vijandige omgevingen ideale omstandigheden boden voor de ontwikkeling van de meest primitieve structuren.

De complexiteit van moderne cellen omvat interne ondersteunende structuren, strak gecontroleerde chemische processen en genetische instructies die vrijwel elke functie sturen. Primitieve protocellen daarentegen waren in wezen kleine belletjes waarin lipidemembranen organische basismoleculen omringden. Compreender Hoe deze uiterst eenvoudige structuren evolueerden tot zulke geavanceerde systemen blijft centraal staan ​​in het onderzoek naar abiogenese.

ELSI-experimenten geven aan dat variaties in de membraansamenstelling een bepalende invloed hebben op het vermogen om kritische moleculen te laten groeien, samensmelten en vast te houden tijdens extreme weersomstandigheden. De ontdekking van Essa opent nieuwe onderzoekslijnen naar welke lipiden de overhand zouden hebben gehad in de vroege Terra en hoe hun beschikbaarheid in verschillende omgevingen de vroege chemische evolutie van het leven mogelijk heeft geleid.