Учените разкриха как замразяването и размразяването са могли да дадат старт на живота

Учените разкриха как замразяването и размразяването са могли да дадат начало на живота. Съвременните клетки са изключително сложни системи с вътрешна структура и генетични инструкции. За разлика от тях, първите клеткоподобни структури са били най-прости мехурчета, в които липидните мембрани са обграждали основни органични молекули. Разбирането на това как такива протоклетки са еволюирали в сложни форми на живот остава централен въпрос на науката.

Ново проучване, проведено от учени от Института за наука в Токио (ELSI) хвърля светлина върху този процес. Вместо да търсят едно единствено обяснение, екипът се съсредоточи върху експерименти, моделиращи реалните условия на древната Земя. Те проучиха как промените в състава на мембраните влияят върху растежа, сливането на проклетките и способността им да задържат важни молекули по време на циклите на замразяване и размразяване.

Изследователите създадоха сферични компартменти (LUV) от три вида фосфолипиди: POPC, PLPC и DOPC.

„Използвахме фосфатидилхолин (PC) като компоненти на мембраната поради тяхната химическа структурна приемственост с съвременните клетки, потенциалната им достъпност в пребиотични условия и способността им да задържат важно съдържание“, обясни водещият автор на изследването, докторантът в ELSI Тацуя Шинода.

След излагане на цикли на замразяване/размразяване (F/T), имитиращи температурните колебания на ранната Земя се проявиха ясни разлики. Мехурчетата, богати на POPC се групираха, но не се сляха. Тези, които съдържаха PLPC или DOPC се сляха в по-големи групи.

Сливането е важно, тъй като позволява смесването на съдържанието на отделните отделения. На ранната Земя, където органичните молекули са били разпръснати, такова смесване е могло да събере заедно ключови съставки, задействайки химични реакции. Екипът също така откри, че везикулите от PLPC улавят и задържат ДНК по-добре от везикулите от POPC, дори след многократни цикли на замразяване.

Традиционно учените са се фокусирали върху изсъхващите водоеми или хидротермалните извори като „люлки на живота“. Това проучване добавя още една възможност – ледената среда. Циклите на замразяване и размръзване са могли да концентрират молекулите в малки пространства, като по този начин са увеличили вероятността от взаимодействия. При това мембраните от ненаситени фосфолипиди са били по-склонни към сливане.

„Рекурсивният подбор на везикулите, възникнали в резултат на F/T в следващите поколения може да бъде реализиран чрез интегриране на механизми на делене, като осмотичното налягане. С увеличаването на молекулярната сложност вътревезикулярната система, тоест функцията, кодирана от гените, в крайна сметка може да поеме приспособимостта на протоклетките, което ще доведе до появата на примитивна клетка, способна на дарвинова еволюция.“

заключава професорът от ELSI и ръководител на изследването Томоаки Мацуура

Като цяло тези резултати показват, че прости физични процеси като замразяване и размразяване, са могли да насочват прехода от основни молекулни компартменти към първите еволюиращи клетки.