Το Pesquisadores του Instituto του Ciências του Terra και το Vida του Tóquio αποκάλυψαν ότι η επαναλαμβανόμενη κατάψυξη και απόψυξη στο αρχαίο Terra ήταν ζωτικής σημασίας για την εμφάνιση των πρώτων κυτταρικών δομών. Το Experimentos με κυστίδια λιπιδίων έδειξε ότι οι παραλλαγές στη σύνθεση της μεμβράνης επηρεάζουν άμεσα την ανάπτυξη και τη σύντηξη πρωτόγονων πρωτοκυττάρων. Η ανακάλυψη προσφέρει μια άνευ προηγουμένου προοπτική για το πώς μπορεί να έχει ξεκινήσει η ζωή σε παγωμένα περιβάλλοντα, έρχεται σε αντίθεση με την προηγούμενη ιδέα ότι μόνο οι τροπικές λιμνοθάλασσες ή οι υποθαλάσσιες γεωθερμικές πηγές θα είχαν διευκολύνει αυτή τη διαδικασία.
Τα πρωτόγονα Membranas ανταποκρίνονται διαφορετικά στη θερμική καταπόνηση
Οι επιστήμονες κατασκεύασαν μικρά σφαιρικά διαμερίσματα που ονομάζονται μεγάλα μονοστρωματικά κυστίδια χρησιμοποιώντας τρεις τύπους φωσφολιπιδίων με διακριτές δομικές ιδιότητες. Το POPC σχηματίζει πιο άκαμπτες μεμβράνες, ενώ τα PLPC και DOPC παράγουν σημαντικά περισσότερες ρευστές μεμβράνες λόγω των πρόσθετων χημικών δεσμών που υπάρχουν στα μόριά τους. Η ομάδα υπέβαλε αυτές τις δομές σε τρεις διαδοχικούς κύκλους κατάψυξης και απόψυξης, αναπαράγοντας περιβαλλοντικές συνθήκες που θα υπήρχαν στο πρωτόγονο Terra.
Τα αποτελέσματα έδειξαν δραστικές διαφορές στη συμπεριφορά των κυστιδίων κατά τη διάρκεια των θερμικών κύκλων. Το πλούσιο σε POPC Vesículas παρέμεινε ομαδοποιημένο χωρίς πλήρη σύντηξη. Αντίθετα, αυτά με PLPC ή DOPC συγχωνεύονται σε μεγαλύτερα διαμερίσματα, με μεγαλύτερες ποσότητες PLPC με αποτέλεσμα πιο έντονη σύντηξη και ανάπτυξη. Ο προσδιορισμένος μηχανισμός αποκάλυψε ότι τα ακόρεστα λιπίδια μειώνουν τη συμπαγή μεμβράνη, διευκολύνοντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών δομών.
- Vesículas με POPC: ομαδοποίηση χωρίς πλήρη ενσωμάτωση κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου
- Vesículas με PLPC ή DOPC: προοδευτική σύντηξη σε μεγαλύτερα διαμερίσματα
- Παρατηρήθηκε Correlação: μεγαλύτερος ακόρεστος λιπιδίου είχε ως αποτέλεσμα πιο έντονη σύντηξη
- Mecanismo: οι κρύσταλλοι πάγου προκαλούν κατακερματισμό και δομική αναδιοργάνωση των μεμβρανών
Ο ρόλος της χημικής αστάθειας στην πρωτοκυτταρική εξέλιξη
Οι παγοκρύσταλλοι Quando σχηματίζονται κατά την κατάψυξη, οι μεμβράνες υφίστανται κατακερματισμό και δομική αναδιοργάνωση κατά την απόψυξη. Το Lipídios με μεγαλύτερο ακόρεστο εκθέτει περισσότερες υδρόφοβες περιοχές κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ανακατασκευής, διευκολύνοντας τις αλληλεπιδράσεις με γειτονικά κυστίδια και καθιστώντας τη σύντηξη ενεργειακά ευνοϊκή. Ο μηχανισμός Esse μπορεί να ήταν θεμελιώδης για πολύπλοκες διαδικασίες στο πρώιμο Terra.
Η σύντηξη πρωτόγονων διαμερισμάτων επέτρεψε την αποτελεσματικότερη σύλληψη και διατήρηση βασικών μορίων, συμπεριλαμβανομένου του DNA, που θα ήταν απαραίτητα για πιο προηγμένα βιολογικά συστήματα. Διαδοχικά γεγονότα σύντηξης θα είχαν αναμείξει διαφορετικά μόρια μεταξύ τους, θέτοντας το υπόβαθρο για τις πιο εξελιγμένες χημικές αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τη σύγχρονη ζωή. Ο Tatsuya Shinoda, ένας διδακτορικός φοιτητής που ηγήθηκε της εργασίας, τόνισε τη σημασία της επιλογής λιπιδίων για τα πειράματα. Η ομάδα επέλεξε τη φωσφατιδυλοχολίνη επειδή διατηρεί τη δομική συνέχεια με τα σύγχρονα κύτταρα, θα μπορούσε να ήταν διαθέσιμη υπό πρεβιοτικές συνθήκες και αποδεικνύει την ικανότητα να διατηρεί τα βασικά περιεχόμενα κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου.
Το μοριακό Diferenças καθορίζει την τύχη των πρωτόγονων δομών
Τα τρία μόρια που δοκιμάστηκαν μοιράζονται μια βασική δομή, αλλά διαφέρουν σε κρίσιμες πτυχές. Το POPC περιέχει μια ακόρεστη ακυλική αλυσίδα με έναν απλό διπλό δεσμό. Το PLPC έχει επίσης μια ακόρεστη ακυλική αλυσίδα, αλλά με δύο διπλούς δεσμούς, που αλλοιώνουν σημαντικά τη ρευστότητά του. Το DOPC περιλαμβάνει δύο ακόρεστες αλυσίδες ακυλίου, η καθεμία με διπλό δεσμό, παράγοντας το πιο ρευστό λιπίδιο από τα τρία.
Οι λεπτές διαφορές Essas καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια οργανώνονται στον τρισδιάστατο χώρο. Τα πιο άκαμπτα Membranas, όπως αυτά που σχηματίζονται από το POPC, αντιστέκονται στην παραμόρφωση και την ενσωμάτωση με άλλες δομές. Το πιο ρευστό Membranas παρουσιάζει μεγαλύτερη μοριακή ευελιξία, επιτρέποντας την αναδιοργάνωση όταν υποβάλλεται σε θερμική καταπόνηση. Η λιγότερο συμπαγής πλευρική οργάνωση χαρακτηριστική των λιπιδίων με υψηλή ακορεστότητα εκθέτει πιο αποτελεσματικά τις επιφάνειες που προάγουν τη σύντηξη μεταξύ των κυστιδίων.
Implicações για την κατανόηση της προέλευσης της ζωής
Τα ευρήματα αμφισβητούν την προηγούμενη κατανόηση των περιβαλλόντων για την εμφάνιση της ζωής. Η Pesquisadores τόνισε τα υποθαλάσσια γεωθερμικά περιβάλλοντα ή τις θερμές τροπικές λιμνοθάλασσες ως ιδανικές τοποθεσίες. Η εργασία του Este υποδηλώνει ότι τα παγωμένα, φαινομενικά εχθρικά περιβάλλοντα πρόσφεραν ιδανικές συνθήκες για την ανάπτυξη των πιο πρωτόγονων δομών. Η πολυπλοκότητα των σύγχρονων κυττάρων περιλαμβάνει εσωτερικές υποστηρικτικές δομές, αυστηρά ελεγχόμενες χημικές διεργασίες και γενετικές οδηγίες που καθοδηγούν σχεδόν κάθε λειτουργία.
Αντίθετα, τα πρωτόγονα πρωτοκύτταρα ήταν ουσιαστικά μικρές φυσαλίδες όπου οι λιπιδικές μεμβράνες περιέβαλλαν βασικά οργανικά μόρια. Compreender Ο τρόπος με τον οποίο αυτές οι εξαιρετικά απλές δομές εξελίχθηκαν σε τέτοια εξελιγμένα συστήματα παραμένει κεντρικός στην έρευνα για την αβιογένεση. Τα πειράματα Instituto ELSI δείχνουν ότι οι παραλλαγές στη σύνθεση της μεμβράνης ασκούν καθοριστική επίδραση στην ικανότητα ανάπτυξης, σύντηξης και διατήρησης κρίσιμων μορίων κατά τη διάρκεια ακραίων καιρικών φαινομένων. Η ανακάλυψη του Essa ανοίγει νέες γραμμές έρευνας για το ποια λιπίδια θα ήταν κυρίαρχα στην πρώιμη Terra και πώς η διαθεσιμότητά τους σε διαφορετικά περιβάλλοντα μπορεί να καθοδηγούσε την πρώιμη χημική εξέλιξη της ζωής.
