Μελέτη αποκαλύπτει πώς η χημεία των μεμβρανών επηρεάζει την εξέλιξη των πρώιμων κυτταρικών δομών
Οι σύγχρονοι οργανισμοί είναι περίπλοκες χημικές οντότητες, με κυτταροσκελετούς και αυστηρά ρυθμιζόμενες εσωτερικές και εξωτερικές δομές. Αυτή η πολυπλοκότητα τους επιτρέπει να επιβιώνουν σε ποικιλία περιβαλλόντων και να ανταγωνίζονται για την επιβίωση. Ωστόσο, τα πρώτα πρωτοκύτταρα δεν ήταν παρά μικρές θήκες όπου μια μεμβράνη από λιπίδια περιέκλειε απλές οργανικές ενώσεις. Η γέφυρα ανάμεσα σε αυτά τα απλά πρωτοκύτταρα και τα σύγχρονα κύτταρα αποτελεί κεντρικό σημείο της έρευνας σχετικά με την προέλευση της ζωής στη Γη.
Η νέα μελέτη και οι ανακαλύψεις της
Μια νέα μελέτη από ερευνητές, συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων από το Earth-Life Science Institute (ELSI) στο Ινστιτούτο Επιστήμης του Τόκιο, εξετάζει πώς συμπεριφέρονται απλές κυτταρικές θήκες κάτω από φυσικά ρεαλιστικές, μη ισορροπημένες συνθήκες που σχετίζονται με την πρώιμη Γη. Αντί να προτείνουν μια συγκεκριμένη θεωρία για την προέλευση της ζωής, οι ερευνητές εξετάζουν πειραματικά πώς οι διαφορές στη σύνθεση των μεμβρανών επηρεάζουν την ανάπτυξη, τη συγχώνευση και τη συγκράτηση βιομορίων κατά τη διάρκεια κύκλων ψύξης και θέρμανσης.
Η επίδραση της λιπιδικής σύνθεσης
Η ερευνητική ομάδα μελέτησε την επίδραση της σύνθεσης λιπιδίων στην ανάπτυξη των πρωτοκυττάρων. Δημιούργησαν μικρές σφαιρικές θήκες, γνωστές ως μεγάλες μονοστιβάδες (LUVs), χρησιμοποιώντας τρεις τύπους φωσφολιπιδίων: POPC, PLPC και DOPC. Όπως εξήγησε ο Tatsuya Shinoda, υποψήφιος διδάκτορας στο ELSI και κύριος συγγραφέας της μελέτης, «χρησιμοποιήσαμε φωσφατιδυλοχολίνη (PC) ως συστατικά μεμβρανών λόγω της χημικής τους συνέχειας με τα σύγχρονα κύτταρα και της ικανότητάς τους να συγκρατούν θεμελιώδεις ουσίες». Ωστόσο, υπάρχουν μικρές αλλά σημαντικές διαφορές μεταξύ αυτών των μορίων.
Η μελέτη διαπίστωσε ότι τα LUVs πλούσια σε POPC σχημάτισαν συσσωματώματα πολλών θηκών σε κοντινές επαφές, ενώ τα LUVs πλούσια σε PLPC ή DOPC συγχωνεύθηκαν για να δημιουργήσουν πολύ μεγαλύτερες θήκες. Οι θήκες ήταν πιο πιθανό να συγχωνευθούν και να αναπτυχθούν καθώς αυξανόταν η περιεκτικότητα σε PLPC. Αυτά τα ευρήματα δείχνουν ξεκάθαρα ότι τα φωσφολιπίδια με περισσότερους ακόρεστους δεσμούς ήταν πιο πιθανό να συγχωνευθούν και να αναπτυχθούν.
Σημασία για την προέλευση της ζωής
Όταν τα LUVs συγχωνεύονται, τα περιεχόμενά τους μπορούν να αναμειχθούν και να αλληλεπιδράσουν. Στον «σούπα» οργανικών μορίων της πρώιμης Γης, αυτές οι συγχωνεύσεις μπορεί να έφεραν σημαντικά μόρια κοντά, επιτρέποντας αλληλεπιδράσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο «κυτταρικές» δομές. Η ομάδα επιβεβαίωσε αυτό το φαινόμενο μελετώντας πόσο καλά τα LUVs 100% POPC και 100% PLPC συγκράτησαν DNA. Τα LUVs PLPC όχι μόνο ήταν καλύτερα στην κατακράτηση DNA πριν από τους κύκλους ψύξης και θέρμανσης, αλλά και με κάθε κύκλο διατήρησαν περισσότερα DNA από τα LUVs POPC.
Η μελέτη αυτή προτείνει ότι οι κύκλοι ψύξης και θέρμανσης μπορεί να διαδραμάτισαν σημαντικό ρόλο στην προέλευση της ζωής, προσθέτοντας μια νέα διάσταση στην κατανόησή μας για την χημική και προβιοτική εξέλιξη. Στην πρώιμη Γη, οι κύκλοι αυτοί θα μπορούσαν να διαρκούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα, και η δημιουργία πάγου θα μπορούσε να αποκλείσει διαλυτά μόρια από τις θήκες, ενισχύοντας έτσι τις αλληλεπιδράσεις.
