الخلايا الحديثة هي المتفوقون في عالم الأحياء - سقالات داخلية، عمليات كيميائية مضبوطة بإحكام، ودليل تعليمات جيني لكل شيء. لكن أقدم الهياكل الشبيهة بالخلايا؟ كانت في الأساس فقاعات دهنية بأوهام العظمة. فهم كيف تطورت تلك الخلايا الأولية البسيطة إلى الآلات الخلوية المعقدة التي نراها اليوم كان صداعًا مركزيًا في أبحاث أصل الحياة.

قررت دراسة حديثة من معهد علوم الأرض والحياة (ELSI) في معهد طوكيو للعلوم التوقف عن التخمين والبدء في التجميد. بدلاً من اقتراح نظرية واحدة كبرى، بنوا نماذج للخلايا الأولية - حويصلات أحادية الطبقة كبيرة (LUVs) - باستخدام ثلاثة أنواع من الفوسفوليبيدات: POPC وPLPC وDOPC. "استخدمنا الفوسفاتيديل كولين (PC) كمكونات غشائية، نظرًا لاستمراريتها الهيكلية الكيميائية مع الخلايا الحديثة، وتوفرها المحتمل في ظروف ما قبل الحياة، وقدرتها على الاحتفاظ بالمحتويات الأساسية،" قال تاتسويا شينودا، طالب دكتوراه في ELSI والمؤلف الرئيسي. الاختلافات الدقيقة في الروابط المزدوجة جعلت بعض الأغشية صلبة (POPC) وأخرى رخوة (PLPC وDOPC).

ثم جاءت دورات التجميد/الذوبان (F/T) - محاكاة تقلبات مزاج درجة حرارة الأرض القديمة. بعد ثلاث دورات، تجمعت الحويصلات الغنية بـ POPC معًا دون اندماج. لكن حويصلات PLPC وDOPC اندمجت في حجرات أكبر. كلما زاد PLPC، زاد الاندماج. "تحت ضغوط تشكل بلورات الجليد، يمكن أن تصبح الأغشية غير مستقرة أو متفتتة، مما يتطلب إعادة تنظيم هيكلي عند الذوبان،" شرحت ناتسومي نودا، باحثة في ELSI. الترجمة: الأغشية الرخوة أفضل في الاندماج عندما تصبح الأمور جليدية - والاندماج هو كيف اختلطت الجزيئات العضوية المتناثرة، مما قد بدأ الكيمياء نحو الحياة.

اختبر الفريق أيضًا احتباس الحمض النووي. حبست حويصلات PLPC الحمض النووي واحتفظت به أفضل من حويصلات POPC، حتى قبل التجميد. بعد دورات متكررة، ظلت متمسكة بمزيد من الحمض النووي. يشير هذا إلى أن البيئات الجليدية - وليس فقط البرك الجافة أو الفتحات الحرارية المائية - قد تكون مهدًا للحياة. دورات التجميد/الذوبان تركز الجزيئات وتشجع الاندماج، رغم أن الأغشية السائلة تخاطر بالتسرب. التوازن هو كل شيء.

"قد يتحقق اختيار متكرر للحويصلات النامية بفعل التجميد/الذوبان عبر الأجيال المتعاقبة من خلال دمج آليات الانشطار مثل الضغط الأسموزي أو القص الميكانيكي،" لاحظ تومواكي ماتسورا، أستاذ في ELSI والباحث الرئيسي. بلغة بسيطة: التجميد والذوبان البسيطان قد يكونان دفعا الفقاعات الأساسية نحو أولى الخلايا القادرة على التطور الدارويني. لذا في المرة القادمة التي تكشط فيها الجليد من زجاج سيارتك الأمامي، تذكر - ربما تشهد قصة أصل كل الحياة.