Moderna celler är biologins överpresterare – invändiga byggnadsställningar, noggrant kontrollerade kemiska processer och en genetisk instruktionsbok för allt. Men de tidigaste celliknande strukturerna? De var i princip feta bubblor med storhetsvansinne. Att förstå hur dessa enkla protoceller utvecklades till de komplexa cellulära maskiner vi ser idag har varit en central huvudvärk inom forskningen om livets ursprung.

En ny studie från Earth-Life Science Institute (ELSI) vid Institute of Science Tokyo bestämde sig för att sluta gissa och börja frysa. Istället för att föreslå en stor teori byggde de modellprotoceller – stora unilamellära vesiklar (LUV) – med hjälp av tre typer av fosfolipider: POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-glycero-3-fosfokolin; 16:0-18:1 PC), PLPC (1-palmitoyl-2-linoleoyl-sn-glycero-3-fosfokolin; 16:0-18:2 PC) och DOPC (1,2-di-oleoyl-sn-glycero-3-fosfokolin; 18:1 (D9-cis) PC). "Vi använde fosfatidylkolin (PC) som membranbeståndsdelar på grund av deras kemiska strukturella kontinuitet med moderna celler, potentiell tillgänglighet under prebiotiska förhållanden och förmåga att behålla väsentligt innehåll," sa Tatsuya Shinoda, doktorand vid ELSI och huvudförfattare. Subtila skillnader i dubbelbindningar gjorde vissa membran stela (POPC) och andra sladdriga (PLPC och DOPC).

Sedan kom frys-/tiningscyklerna (F/T) – som efterliknade den forntida jordens temperatursvängningar. Efter tre cykler klumpade POPC-rika vesiklar bara ihop sig utan att smälta samman. Men PLPC- och DOPC-vesiklar smälte samman till större fack. Ju mer PLPC, desto mer fusion. "Under stressen från iskristallbildning kan membran destabiliseras eller fragmenteras, vilket kräver strukturell omorganisation vid upptining," förklarade Natsumi Noda, forskare vid ELSI. Översättning: sladdriga membran är bättre på att smälta samman när det blir isigt – och fusion är hur spridda organiska molekyler blandades, vilket potentiellt startade kemin mot liv.

Teamet testade också DNA-retention. PLPC-vesiklar fångade och höll kvar DNA bättre än POPC-vesiklar, även före frysning. Efter upprepade cykler höll de fortfarande fast vid mer DNA. Detta tyder på att isiga miljöer – inte bara torkande pooler eller hydrotermala ventiler – kan ha varit en vagga för livet. Frys-/tiningscykler koncentrerar molekyler och uppmuntrar fusion, även om flytande membran riskerar läckage. Balans är allt.

"En rekursiv selektion av F/T-inducerade växande vesiklar över successiva generationer kan realiseras genom att integrera fissionsmekanismer som osmotiskt tryck eller mekanisk skjuvning," noterade Tomoaki Matsuura, professor vid ELSI och huvudutredare. På ren svenska: enkel frysning och upptining kan ha knuffat grundläggande bubblor mot de första cellerna som kunde darwinistisk evolution. Så nästa gång du skrapar is från vindrutan, kom ihåg – du kanske bevittnar ursprungsberättelsen för allt liv.