Pesquisadores af Instituto af Ciências af Terra og Vida af Tóquio opdagede, at gentagne cyklusser af frysning og optøning i det gamle Terra kan have været afgørende for fremkomsten af de første cellulære strukturer. Undersøgelsen, der er baseret på eksperimenter med lipidvesikler, viser, at variationer i membransammensætning direkte påvirker væksten og fusionen af primitive protoceller, hvilket giver et nyt perspektiv på, hvordan livet kan være begyndt.
Simuleringerne afslørede, at fluktuerende temperaturer forårsagede distinkt adfærd i de testede molekylære strukturer. Vesículas-holdige lipider med højere umættethed havde en tendens til at smelte sammen i større rum efter på hinanden følgende termiske cyklusser, mens dem med mere stiv sammensætning forblev grupperet uden at blive fuldstændig integreret.
Membranas primitiver reagerer forskelligt på termisk stress
Forskere konstruerede små sfæriske rum kaldet store unilamellære vesikler ved hjælp af tre typer fosfolipider med forskellige strukturelle egenskaber. POPC danner mere stive membraner, mens PLPC og DOPC producerer betydeligt flere flydende membraner på grund af de yderligere kemiske bindinger, der er til stede i deres molekyler.
Holdet udsatte disse strukturer for tre på hinanden følgende cyklusser med frysning og optøning, hvilket reproducerede miljøforhold, der ville have eksisteret i den primitive Terra. Resultaterne viste drastiske forskelle i vesiklernes opførsel.
- POPC-rig Vesículas: klyngedannelse uden fuld fusion
- Vesículas med PLPC eller DOPC: sammensmeltning i større rum
- Correlação observeret: større mængde PLPC resulterede i mere intens fusion og vækst
- Mecanismo identificeret: umættede lipider reducerer membranens kompakthed
Rollen af kemisk ustabilitet i protocellulær evolution
Quando iskrystaller dannes under frysning, membraner undergår fragmentering og strukturel omorganisering ved optøning. Lipídios med større umættethed afslører flere hydrofobe områder under denne rekonstruktionsproces, hvilket letter interaktioner med tilstødende vesikler og gør fusion energetisk gunstig.
Esse-mekanismen kan have været fundamental for komplekse processer. Fusion af primitive rum muliggjorde mere effektiv indfangning og tilbageholdelse af nøglemolekyler, herunder DNA, som ville være afgørende for mere avancerede biologiske systemer. Successive fusionsbegivenheder ville have blandet forskellige molekyler sammen, hvilket satte scenen for de mere sofistikerede kemiske reaktioner, der karakteriserer det moderne liv.
Tatsuya Shinoda, en ph.d.-studerende, der ledede arbejdet, understregede vigtigheden af at vælge lipider til forsøgene. Holdet valgte phosphatidylcholin, fordi det opretholder strukturel kontinuitet med moderne celler, kunne have været tilgængeligt under præbiotiske forhold og demonstrerer evnen til at bevare væsentligt indhold under termisk cykling.
Molecular Diferenças bestemmer primitive strukturers skæbne
De tre testede molekyler deler en grundlæggende struktur, men adskiller sig i afgørende aspekter. POPC indeholder en umættet acylkæde med en enkelt dobbeltbinding. PLPC har også en umættet acylkæde, men med to dobbeltbindinger, hvilket væsentligt ændrer dens fluiditet. DOPC inkluderer to umættede acylkæder, hver med en dobbeltbinding, der producerer det mest flydende lipid af de tre.
Essas subtile forskelle bestemmer, hvordan molekyler organiserer sig i tredimensionelt rum. Stivere Membranas, såsom dem, der dannes af POPC, modstår deformation og integration med andre strukturer. Mere flydende Membranas giver større molekylær fleksibilitet, hvilket tillader reorganisering, når det udsættes for termisk stress. Den mindre kompakte laterale organisation, der er karakteristisk for lipider med høj umættethed, afslører mere effektivt de overflader, der fremmer fusion.
Implicações til at forstå livets oprindelse
Resultaterne udfordrer tidligere forståelse af miljøer for livets fremkomst. Até For nylig har forskere lagt vægt på undersøiske geotermiske miljøer eller varme tropiske laguner. Este arbejde tyder på, at frigide, tilsyneladende fjendtlige miljøer tilbød ideelle betingelser for udvikling af de mest primitive strukturer.
Kompleksiteten af moderne celler inkluderer interne støttestrukturer, stramt kontrollerede kemiske processer og genetiske instruktioner, der guider stort set enhver funktion. I modsætning hertil var primitive protoceller i det væsentlige små bobler, hvor lipidmembraner omgav grundlæggende organiske molekyler. Compreender Hvordan disse ekstremt simple strukturer udviklede sig til sådanne sofistikerede systemer er fortsat centralt for forskning i abiogenese.
ELSI-eksperimenter indikerer, at variationer i membransammensætning har en afgørende indflydelse på evnen til at vokse, fusionere og fastholde kritiske molekyler under ekstreme vejrbegivenheder. Essa-opdagelsen åbner nye undersøgelseslinjer for, hvilke lipider der ville have været fremherskende i den tidlige Terra, og hvordan deres tilgængelighed i forskellige miljøer kan have styret den tidlige kemiske udvikling af livet.