Celulele moderne sunt perfecționiștii lumii biologice - schele interne, procese chimice strict controlate și un manual de instrucțiuni genetice pentru orice. Dar cele mai timpurii structuri asemănătoare celulelor? Erau practic bule grase cu iluzii de grandoare. Înțelegerea modului în care acele protocelule simple au evoluat în mașinăriile celulare complexe pe care le vedem astăzi a fost o durere de cap centrală în cercetarea originii vieții.
Un studiu recent de la Earth-Life Science Institute (ELSI) de la Institute of Science Tokyo a decis să nu mai ghicească și să înceapă să înghețe. În loc să propună o singură teorie grandioasă, au construit protocelule model - vezicule unilamelare mari (LUV) - folosind trei tipuri de fosfolipide: POPC (1-palmitoil-2-oleoil-glicero-3-fosfocolină; 16:0-18:1 PC), PLPC (1-palmitoil-2-linoleoil-sn-glicero-3-fosfocolină; 16:0-18:2 PC) și DOPC (1,2-di-oleoil-sn-glicero-3-fosfocolină; 18:1 (D9-cis) PC). „Am folosit fosfatidilcolină (PC) ca componente membranare, datorită continuității lor structurale chimice cu celulele moderne, disponibilității potențiale în condiții prebiotice și capacității de a reține conținuturi esențiale”, a spus Tatsuya Shinoda, student doctorand la ELSI și autor principal. Diferențe subtile în legăturile duble au făcut ca unele membrane să fie rigide (POPC) și altele flasce (PLPC și DOPC).
Apoi au venit ciclurile de îngheț/dezgheț (F/T) - mimând schimbările de temperatură ale Pământului antic. După trei cicluri, veziculele bogate în POPC s-au adunat doar fără să se fuzioneze. Dar veziculele PLPC și DOPC s-au fuzionat în compartimente mai mari. Cu cât mai mult PLPC, cu atât mai multă fuziune. „Sub stresul formării cristalelor de gheață, membranele pot deveni destabilizate sau fragmentate, necesitând reorganizare structurală la dezgheț”, a explicat Natsumi Noda, cercetător la ELSI. Traducere: membranele flasce sunt mai bune la fuzionare când lucrurile devin înghețate - iar fuziunea este modul în care moleculele organice împrăștiate s-au amestecat, declanșând potențial chimia către viață.
Echipa a testat și retenția ADN-ului. Veziculele PLPC au capturat și reținut ADN-ul mai bine decât veziculele POPC, chiar înainte de îngheț. După cicluri repetate, încă se agățau de mai mult ADN. Acest lucru sugerează că mediile înghețate - nu doar bălțile care se usucă sau gurile hidrotermale - ar fi putut fi un leagăn pentru viață. Ciclurile de îngheț/dezgheț concentrează moleculele și încurajează fuziunea, deși membranele fluide riscă scurgeri. Echilibrul este totul.
„O selecție recursivă a veziculelor crescute prin F/T de-a lungul generațiilor succesive poate fi realizată prin integrarea mecanismelor de fisiune, cum ar fi presiunea osmotică sau forfecarea mecanică”, a notat Tomoaki Matsuura, profesor la ELSI și investigator principal. În română simplă: înghețarea și dezghețarea simple ar fi putut împinge bulele de bază către primele celule capabile de evoluție darwiniană. Așa că data viitoare când răzuiți gheața de pe parbriz, amintiți-vă - poate asistați la povestea originii întregii vieți.