นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันโลกและวิทยาศาสตร์ชีวภาพแห่งโตเกียวได้ระบุกลไกใหม่สำหรับการก่อตัวทางชีววิทยาในยุคแรกเริ่มบนโลกนี้ การทดลองล่าสุดได้แสดงให้เห็นว่าวงจรการแช่แข็งและการละลายบนโลกโบราณซ้ำแล้วซ้ำเล่าทำหน้าที่เป็นปัจจัยกำหนดในการเกิดขึ้นของโครงสร้างเซลล์แรก การวิจัยใช้ถุงไขมันเพื่อจำลองสภาวะพรีไบโอติก ผลการวิจัยพบว่าความแปรผันขององค์ประกอบของเมมเบรนส่งผลต่อการเจริญเติบโตของโปรโตเซลล์ดั้งเดิม ไดนามิกนี้นำเสนอความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีที่ก่อให้เกิดชีวิต
การจำลองในห้องปฏิบัติการพบว่าความผันผวนของอุณหภูมิทำให้เกิดพฤติกรรมที่แตกต่างกันในโครงสร้างโมเลกุล ถุงที่เกิดจากไขมันที่มีระดับความไม่อิ่มตัวที่สูงกว่า แสดงให้เห็นแนวโน้มตามธรรมชาติที่จะรวมเข้ากับช่องที่ใหญ่ขึ้นหลังจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในระหว่างการทดสอบ ในทางกลับกัน หน่วยที่มีองค์ประกอบทางเคมีที่เข้มงวดกว่ายังคงถูกจัดกลุ่มไว้ แต่ไม่สามารถรวมเข้าด้วยกันได้อย่างสมบูรณ์ การศึกษาพิสูจน์ให้เห็นว่าความเครียดจากสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงทำหน้าที่เป็นตัวเร่งให้เกิดความซับซ้อนทางชีวภาพ
พฤติกรรมของเยื่อหุ้มไขมันภายใต้ความเครียดจากความร้อน
ทีมวิจัยได้สร้างช่องทรงกลมเล็กๆ หรือที่รู้จักกันในชื่อทางเทคนิคว่าถุงที่มีชั้นเดียวขนาดใหญ่ เพื่อดำเนินการสังเกตการณ์ นักวิทยาศาสตร์ใช้ฟอสโฟลิปิดสามประเภท โดยแต่ละประเภทมีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่แตกต่างกันเพื่อสร้างเกราะป้องกัน วัสดุที่เรียกว่า POPC จะสร้างเมมเบรนที่มีความแข็งแกร่งและทนทานต่อการเสียรูปอย่างมาก สารประกอบ PLPC และ DOPC ผลิตพื้นผิวของเหลวได้มากกว่าอย่างเห็นได้ชัด ความแตกต่างในความอ่อนตัวนี้เกิดขึ้นเนื่องจากพันธะเคมีเพิ่มเติมที่มีอยู่ในโครงสร้างภายในของโมเลกุลเฉพาะเหล่านี้
ผู้เชี่ยวชาญได้กำหนดให้โครงสร้างเทียมเหล่านี้ผ่านการแช่แข็งและละลายติดต่อกันสามรอบในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม วัตถุประสงค์หลักคือการทำซ้ำสภาพภูมิอากาศที่รุนแรงที่มีอยู่บนโลกในยุคแรกเริ่มในช่วงแรกของการก่อตัว การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงทำให้โมเลกุลต้องทำปฏิกิริยาในรูปแบบต่างๆ อุปกรณ์บันทึกความแตกต่างพื้นฐานในพฤติกรรมทางกายภาพของถุงน้ำในระหว่างการเปลี่ยนสถานะน้ำ การวิเคราะห์ปฏิกิริยาเหล่านี้โดยละเอียดถือเป็นข้อมูลกลางในการสรุปผลการศึกษาของญี่ปุ่น
ผลการปฏิบัติจริงของการจำลองในห้องปฏิบัติการ
การติดตามตัวอย่างหลังการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน เน้นให้เห็นรูปแบบที่ชัดเจนของการพัฒนาโครงสร้าง องค์ประกอบทางเคมีของแต่ละถุงจะกำหนดชะตากรรมของมันหลังจากที่น้ำแข็งละลาย นักวิทยาศาสตร์ได้จัดทำรายการปฏิกิริยาหลักๆ ต่อไปนี้ในระหว่างการทดลอง:
- ถุงที่มี POPC มากส่งผลให้เกิดการรวมกลุ่มอย่างง่ายโดยไม่ต้องฟิวชั่นผนังทั้งหมด
- โครงสร้างที่มี PLPC หรือ DOPC ทำให้เกิดการหลอมรวมอย่างมีประสิทธิภาพในช่องปริมาตรที่ใหญ่ขึ้น
- การมีอยู่ของ PLPC ในปริมาณที่มากขึ้นทำให้เกิดการเติบโตของโครงสร้างที่รวดเร็วและเข้มข้นยิ่งขึ้น
- ไขมันไม่อิ่มตัวทำหน้าที่โดยตรงเพื่อลดความแน่นของเยื่อหุ้มเซลล์
การก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในช่วงระยะเยือกแข็งทำให้เกิดผลกระทบทางกายภาพอย่างรุนแรงต่อโครงสร้างระดับจุลภาค เมมเบรนจะผ่านกระบวนการกระจายตัวทันทีเมื่อน้ำโดยรอบแข็งตัว ต่อจากนั้น ขั้นตอนการละลายต้องมีการปรับโครงสร้างใหม่อย่างรวดเร็วเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของช่อง ไขมันที่มีระดับความไม่อิ่มตัวสูงกว่าสามารถเผยให้เห็นบริเวณที่ไม่ชอบน้ำได้มากขึ้นในระหว่างการสร้างใหม่ตามข้อบังคับนี้ การเปิดรับนี้เอื้อให้เกิดปฏิกิริยาโดยตรงกับถุงน้ำที่อยู่ติดกัน ทำให้กระบวนการฟิวชันเป็นไปอย่างกระตือรือร้นและเป็นธรรมชาติ
การรวมตัวของช่องต่างๆ และการจับสารพันธุกรรม
กลไกการรวมเซลล์มีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในวิวัฒนาการของกระบวนการทางชีววิทยาที่ซับซ้อน การรวมตัวของช่องดั้งเดิมอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถจับและกักเก็บโมเลกุลพื้นฐานภายในโครงสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ สารพันธุกรรมในยุคเริ่มแรก รวมถึงชิ้นส่วนของสารตั้งต้นของ DNA ขึ้นอยู่กับเปลือกเหล่านี้เพื่อความอยู่รอดในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยของสภาพแวดล้อมภายนอก เหตุการณ์พันธะต่อเนื่องจะผสมสารประกอบเคมีต่างๆ ในพื้นที่จำกัด ส่วนผสมนี้เตรียมพื้นที่ในอุดมคติสำหรับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของชีวิตสมัยใหม่
ทัตสึยะ ชิโนดะ นักวิจัยซึ่งเป็นผู้นำงานวิจัยที่สถาบันของญี่ปุ่น เน้นย้ำถึงความเกี่ยวข้องของการเลือกใช้วัสดุเพื่อความแม่นยำของการทดสอบ ทีมงานเลือกฟอสฟาทิดิลโคลีนเนื่องจากสารนี้รักษาความต่อเนื่องของโครงสร้างโดยตรงกับเซลล์ที่พบในสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน สารประกอบนี้อาจมีอยู่มากมายในสภาวะพรีไบโอติกของโลก นอกจากนี้ โมเลกุลยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถสูงในการกักเก็บเนื้อหาภายในที่จำเป็น ในขณะเดียวกันก็ทนต่อการรุกรานที่เกิดจากวงจรความร้อนซ้ำๆ ความแม่นยำในตัวเลือกช่วยตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้รับ