Pesquisadores av Instituto av Ciências av Terra og Vida av Tóquio avslørte at gjentatt frysing og tining i eldgamle Terra var avgjørende for fremveksten av de første cellulære strukturene. Experimentos med lipidvesikler demonstrerte at variasjoner i membransammensetning direkte påvirker veksten og fusjonen av primitive protoceller. Oppdagelsen gir et enestående perspektiv på hvordan livet kan ha begynt i iskalde miljøer, og motsier den tidligere ideen om at bare tropiske laguner eller undervanns geotermiske kilder ville ha forenklet denne prosessen.
Membranas-primitiver reagerer forskjellig på termisk stress
Forskere konstruerte små sfæriske rom kalt store unilamellære vesikler ved å bruke tre typer fosfolipider med distinkte strukturelle egenskaper. POPC danner mer stive membraner, mens PLPC og DOPC produserer betydelig mer flytende membraner på grunn av de ekstra kjemiske bindingene som er tilstede i molekylene deres. Teamet utsatte disse strukturene for tre påfølgende sykluser med frysing og tining, og reproduserte miljøforhold som ville ha eksistert i den primitive Terra.
Resultatene viste drastiske forskjeller i oppførselen til vesiklene under termiske sykluser. POPC-rik Vesículas forble gruppert uten fullstendig fusjon. Derimot smeltet de med PLPC eller DOPC inn i større rom, med større mengder PLPC som resulterte i mer intens fusjon og vekst. Den identifiserte mekanismen avslørte at umettede lipider reduserer membranens kompakthet, og letter interaksjoner mellom tilstøtende strukturer.
- Vesículas med POPC: gruppering uten full integrasjon under termisk sykling
- Vesículas med PLPC eller DOPC: progressiv fusjon i større rom
- Correlação observert: større lipidumettethet resulterte i mer intens fusjon
- Mecanismo: iskrystaller forårsaker fragmentering og strukturell omorganisering av membraner
Rollen til kjemisk ustabilitet i protocellulær evolusjon
Quando iskrystaller dannes under frysing, membraner gjennomgår fragmentering og strukturell omorganisering ved tining. Lipídios med større umettethet eksponerer flere hydrofobe områder under denne rekonstruksjonsprosessen, noe som letter interaksjoner med tilstøtende vesikler og gjør fusjon energisk gunstig. Esse-mekanismen kan ha vært grunnleggende for komplekse prosesser i den tidlige Terra.
Fusjon av primitive rom tillot mer effektiv fangst og oppbevaring av nøkkelmolekyler, inkludert DNA, som ville være avgjørende for mer avanserte biologiske systemer. Påfølgende fusjonshendelser ville ha blandet forskjellige molekyler sammen, og satt scenen for de mer sofistikerte kjemiske reaksjonene som kjennetegner det moderne liv. Tatsuya Shinoda, en doktorgradsstudent som ledet arbeidet, understreket viktigheten av å velge lipider til forsøkene. Teamet valgte fosfatidylkolin fordi det opprettholder strukturell kontinuitet med moderne celler, kunne vært tilgjengelig under prebiotiske forhold, og demonstrerer evnen til å beholde viktig innhold under termisk sykling.
Molecular Diferenças bestemmer skjebnen til primitive strukturer
De tre molekylene som er testet deler en grunnleggende struktur, men skiller seg i avgjørende aspekter. POPC inneholder en umettet acylkjede med en enkelt dobbeltbinding. PLPC har også en umettet acylkjede, men med to dobbeltbindinger, noe som endrer fluiditeten betydelig. DOPC inkluderer to umettede acylkjeder, hver med en dobbeltbinding, som produserer det mest flytende lipidet av de tre.
Essas subtile forskjeller bestemmer hvordan molekyler organiserer seg i tredimensjonalt rom. Stivere Membranas, slik som de dannet av POPC, motstår deformasjon og integrasjon med andre strukturer. Mer flytende Membranas gir større molekylær fleksibilitet, og tillater omorganisering når den utsettes for termisk stress. Den mindre kompakte laterale organiseringen som er karakteristisk for lipider med høy umettethet, eksponerer mer effektivt overflatene som fremmer fusjon mellom vesikler.
Implicações for å forstå livets opprinnelse
Funnene utfordrer tidligere forståelse av miljøer for livets fremvekst. Pesquisadores fremhevet undervanns geotermiske miljøer eller varme tropiske laguner som ideelle steder. Este-arbeid antyder at iskalde, tilsynelatende fiendtlige miljøer ga ideelle forhold for utvikling av de mest primitive strukturene. Kompleksiteten til moderne celler inkluderer interne støttestrukturer, tett kontrollerte kjemiske prosesser og genetiske instruksjoner som veileder praktisk talt hver funksjon.
I motsetning til dette var primitive protoceller i hovedsak små bobler der lipidmembraner omringet grunnleggende organiske molekyler. Compreender Hvordan disse ekstremt enkle strukturene utviklet seg til slike sofistikerte systemer er fortsatt sentralt for forskning på abiogenese. Instituto ELSI-eksperimentene indikerer at variasjoner i membransammensetning har en avgjørende innflytelse på kapasiteten for vekst, fusjon og retensjon av kritiske molekyler under ekstreme værhendelser. Oppdagelsen av Essa åpner for nye undersøkelseslinjer for hvilke lipider som ville vært dominerende i tidlig Terra og hvordan deres tilgjengelighet i forskjellige miljøer kan ha ledet den tidlige kjemiske utviklingen av livet.
