초기 지구의 얼음 순환으로 인해 최초의 세포 형성이 가속화되었습니다.

도쿄 지구생명과학연구소 연구원들은 고대 지구에서 반복되는 동결과 해빙이 최초의 세포 구조 출현에 결정적이었다는 사실을 밝혔습니다. 지질 소포를 이용한 실험에서는 막 구성의 변화가 원시 원형세포의 성장과 융합에 직접적인 영향을 미친다는 사실이 입증되었습니다. 이번 발견은 얼음이 많은 환경에서 생명이 어떻게 시작되었는지에 대한 전례 없는 관점을 제시하며, 열대 석호나 수중 지열 온천만이 이 과정을 촉진했을 것이라는 이전의 생각과 모순됩니다.

원시 멤브레인은 열 스트레스에 다르게 반응합니다.

과학자들은 뚜렷한 구조적 특성을 지닌 세 가지 유형의 인지질을 사용하여 대형 단층 소포라고 불리는 작은 구형 구획을 만들었습니다. POPC는 더 단단한 막을 형성하는 반면, PLPC와 DOPC는 분자에 존재하는 추가 화학 결합으로 인해 훨씬 ​​더 많은 유체 막을 생성합니다. 연구팀은 이러한 구조에 3번의 연속적인 동결과 해빙 주기를 적용하여 초기 지구에 존재했을 환경 조건을 재현했습니다.

결과는 열주기 동안 소포의 행동에 급격한 차이를 보여주었습니다. POPC가 풍부한 소포는 완전한 융합 없이 클러스터된 상태로 유지되었습니다. 대조적으로, PLPC 또는 DOPC를 가진 것들은 더 큰 구획으로 융합되어 더 많은 양의 PLPC가 더 강렬한 융합과 성장을 가져옵니다. 확인된 메커니즘은 불포화 지질이 막의 소형화를 감소시켜 인접한 구조 간의 상호 작용을 촉진한다는 것을 보여주었습니다.

• POPC가 있는 소포: 열 주기 동안 완전한 통합 없이 클러스터링
• PLPC 또는 DOPC가 있는 소포: 더 큰 구획으로의 점진적인 융합
• 관찰된 상관관계: 지질 불포화가 높을수록 융합이 더 강해졌습니다.
• 메커니즘: 얼음 결정은 막의 분열과 구조적 재구성을 유발합니다.

원세포 진화에서 화학적 불안정성의 역할

동결 중에 얼음 결정이 형성되면 막은 해동 시 조각화되고 구조적 재구성이 일어납니다. 불포화도가 높은 지질은 이 재구성 과정에서 더 많은 소수성 영역을 노출시켜 인접한 소포와의 상호 작용을 촉진하고 에너지적으로 융합을 유리하게 만듭니다. 이 메커니즘은 초기 지구의 복잡한 과정에 기본이었을 수 있습니다.

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원시 구획의 융합은 보다 진보된 생물학적 시스템에 필수적인 DNA를 포함한 주요 분자를 보다 효율적으로 포착하고 유지할 수 있게 했습니다. 연속적인 핵융합 사건은 서로 다른 분자들을 함께 혼합하여 현대 생명체를 특징짓는 보다 정교한 화학 반응의 토대를 마련했을 것입니다. 연구를 주도한 박사과정 학생 시노다 타츠야(Tatsuya Shinoda)는 실험을 위한 지질 선택의 중요성을 강조했습니다. 연구팀은 포스파티딜콜린이 현대 세포와의 구조적 연속성을 유지하고, 프리바이오틱스 조건에서 이용 가능하며, 열 순환 중에 필수 성분을 유지하는 능력을 보여주기 때문에 포스파티딜콜린을 선택했습니다.

분자 차이가 원시 구조의 운명을 결정합니다

테스트된 세 가지 분자는 기본 구조를 공유하지만 중요한 측면에서 다릅니다. POPC는 단일 이중 결합을 가진 불포화 아실 사슬을 포함합니다. PLPC에는 불포화 아실 사슬도 있지만 두 개의 이중 결합이 있어 유동성이 크게 달라집니다. DOPC는 두 개의 불포화 아실 사슬을 포함하며 각각 이중 결합을 갖고 있어 세 가지 중 가장 유동적인 지질을 생성합니다.

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이러한 미묘한 차이는 분자가 3차원 공간에서 스스로 조직되는 방식을 결정합니다. POPC로 형성된 것과 같은 더 단단한 막은 변형과 다른 구조와의 통합에 저항합니다. 더 많은 유체 멤브레인은 더 큰 분자 유연성을 가지므로 열 스트레스를 받을 때 재구성이 가능합니다. 불포화도가 높은 지질의 덜 조밀한 측면 조직 ​​특성은 소포 사이의 융합을 촉진하는 표면을 보다 효율적으로 노출시킵니다.

사건 배경: 과학자들은 3억km 떨어진 소행성에서 완전한 DNA 성분을 발견했습니다.

생명의 기원 이해를 위한 시사점

이번 발견은 생명체 출현 환경에 대한 이전의 이해에 도전하고 있다. 연구원들은 이상적인 위치로 수중 지열 환경이나 따뜻한 열대 석호를 강조했습니다. 이 연구는 적대적인 것처럼 보이는 얼음 환경이 가장 원시적인 구조물의 개발을 위한 이상적인 조건을 제공했음을 시사합니다. 현대 세포의 복잡성에는 내부 지지 구조, 엄격하게 통제되는 화학적 과정, 사실상 모든 기능을 안내하는 유전적 지침이 포함됩니다.

대조적으로, 원시 원시세포는 본질적으로 지질막이 기본 유기 분자를 둘러싸는 작은 거품이었습니다. 이러한 극도로 단순한 구조가 어떻게 정교한 시스템으로 진화했는지 이해하는 것은 생물 발생 연구의 핵심입니다. ELSI 연구소의 실험에 따르면 막 구성의 변화는 극한 기후 상황에서 중요한 분자의 성장, 융합 및 유지 능력에 결정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이번 발견은 초기 지구에서 어떤 지질이 우세했는지, 그리고 다양한 환경에서 지질의 가용성이 어떻게 생명의 초기 화학적 진화를 이끌었는지에 대한 새로운 조사의 길을 열었습니다.

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