Frysning på den tidiga jorden kan ha drivit livets ursprung

Pesquisadores av Instituto av Ciências av Terra och Vida av Tóquio upptäckte att upprepade cykler av frysning och upptining i forntida Terra kan ha varit avgörande för uppkomsten av de första cellulära strukturerna. Studien, baserad på experiment med lipidvesiklar, visar att variationer i membransammansättningen direkt påverkar tillväxten och fusionen av primitiva protoceller, vilket ger ett nytt perspektiv på hur livet kan ha börjat.

Simuleringarna visade att fluktuerande temperaturer orsakade distinkta beteenden i de testade molekylstrukturerna. Vesículas innehållande lipider med högre omättnad tenderade att smälta in i större fack efter på varandra följande termiska cykler, medan de med mer stel sammansättning förblev grupperade utan att helt integreras.

Membranas primitiver svarar olika på termisk stress

Forskare konstruerade små sfäriska fack som kallas stora unilamellära vesiklar med hjälp av tre typer av fosfolipider med distinkta strukturella egenskaper. POPC bildar styvare membran, medan PLPC och DOPC producerar betydligt mer flytande membran på grund av de ytterligare kemiska bindningarna som finns i deras molekyler.

Teamet utsatte dessa strukturer för tre på varandra följande cykler av frysning och upptining, vilket återskapade miljöförhållanden som skulle ha funnits i den primitiva Terra. Resultaten visade drastiska skillnader i vesiklarnas beteende.

• POPC-rik Vesículas: klustring utan full fusion
• Vesículas med PLPC eller DOPC: sammansmältning i större fack
• Correlação observerade: större mängd PLPC resulterade i mer intensiv fusion och tillväxt
• Mecanismo identifierat: omättade lipider minskar membranets kompakthet

Rollen av kemisk instabilitet i protocellulär evolution

Quando iskristaller bildas vid frysning, membran genomgår fragmentering och strukturell omorganisation vid upptining. Lipídios med större omättnad exponerar fler hydrofoba regioner under denna rekonstruktionsprocess, vilket underlättar interaktioner med intilliggande vesiklar och gör fusion energetiskt gynnsam.

Esse-mekanismen kan ha varit grundläggande för komplexa processer. Fusion av primitiva fack möjliggjorde effektivare infångning och retention av nyckelmolekyler, inklusive DNA, som skulle vara avgörande för mer avancerade biologiska system. Successiva fusionshändelser skulle ha blandat olika molekyler tillsammans och skapat scenen för de mer sofistikerade kemiska reaktionerna som kännetecknar det moderna livet.

Tatsuya Shinoda, en doktorand som ledde arbetet, betonade vikten av att välja lipider för experimenten. Teamet valde fosfatidylkolin eftersom det upprätthåller strukturell kontinuitet med moderna celler, kunde ha varit tillgängligt under prebiotiska förhållanden och visar förmågan att behålla väsentligt innehåll under termisk cykling.

Leia Também

Kameror fångar bröders dialog efter att ha huggit av en kvinnas händer i Ceará

Misstänkt för att ha dödat en 8-årig pojke skjuts inne i en ambulans i SP

Militärpolis dör efter 20 dagar på sjukhus efter skottväxling i Paraná

Molecular Diferenças bestämmer ödet för primitiva strukturer

De tre testade molekylerna delar en grundläggande struktur, men skiljer sig åt i avgörande aspekter. POPC innehåller en omättad acylkedja med en enkel dubbelbindning. PLPC har också en omättad acylkedja, men med två dubbelbindningar, vilket väsentligt förändrar dess fluiditet. DOPC inkluderar två omättade acylkedjor, var och en med en dubbelbindning, som producerar den mest flytande lipiden av de tre.

Essas subtila skillnader bestämmer hur molekyler organiserar sig i tredimensionellt utrymme. Styvare Membranas, såsom de som bildas av POPC, motstår deformation och integration med andra strukturer. Mer flytande Membranas ger större molekylär flexibilitet, vilket möjliggör omorganisation när den utsätts för termisk stress. Den mindre kompakta laterala organisationen som är karakteristisk för lipider med hög omättnad exponerar mer effektivt de ytor som främjar fusion.

Implicações för att förstå livets ursprung

Fynden utmanar tidigare förståelse av miljöer för livets uppkomst. Até Nyligen betonade forskare undervattens geotermiska miljöer eller varma tropiska laguner. Este-arbete tyder på att kyliga, till synes fientliga miljöer erbjöd idealiska förhållanden för utvecklingen av de mest primitiva strukturerna.

Komplexiteten hos moderna celler inkluderar interna stödjande strukturer, hårt kontrollerade kemiska processer och genetiska instruktioner som styr praktiskt taget varje funktion. Däremot var primitiva protoceller i huvudsak små bubblor där lipidmembran omgav grundläggande organiska molekyler. Compreender Hur dessa extremt enkla strukturer utvecklades till sådana sofistikerade system är fortfarande centralt för forskning om abiogenes.

ELSI-experiment indikerar att variationer i membransammansättning har ett avgörande inflytande på förmågan att växa, smälta och behålla kritiska molekyler under extrema väderhändelser. Upptäckten av Essa öppnar nya forskningslinjer för vilka lipider som skulle ha varit dominerande i tidiga Terra och hur deras tillgänglighet i olika miljöer kan ha styrt den tidiga kemiska utvecklingen av livet.