Prije nastanka života na Zemlji, tamošnji okoliš vjerojatno je sadržavao veliki broj kemikalija koje su međusobno reagirale više ili manje nasumično, i nejasno je kako su tako složene stvari poput stanica mogle nastati iz takvog kaosa kemičara.

Tim koji predvode Tony Z. Jia iz Earth-Life Science Institute (ELSI) na Tokyo Institute of Technology i Kuhan Chandru iz National Sveučilište Malezije pokazalo je da se jednostavne α-hidroksi kiseline kao što su glikolna i mliječna kiselina spontano polimeriziraju i sastavljaju u poliesterske mikrozrnca kada se suše na umjerenim temperaturama nakon čega slijedi rehidracija, kao što se moglo dogoditi na netaknutim plažama i riječnim obalama ili u bazenima vode. Oni tvore novu vrstu staničnih odjeljaka koji mogu uhvatiti i koncentrirati biomolekule kao što su nukleinske kiseline i proteini. Te se kapljice, za razliku od većine modernih stanica, mogu lako spojiti i reformirati te su stoga mogle ugostiti raznolike genetske i metaboličke sustave koji su potencijalno ključni za nastanak života.

Znanstvenici diljem svijeta aktivno rade na razumijevanju kako je život nastao.

Sav moderni život na Zemlji, od bakterija do ljudi, sastoji se od stanica. Stanice se sastoje od lipida, proteina i nukleinskih kiselina, slipidi koji tvore staničnu membranu, kućište koje drži ostale komponente zajedno i povezuje se s okolinom, razmjenjujući hranu i otpad. Kako su molekularni sklopovi koji su tako složeni poput stanica formirani ostaje misterij.

Većina istraživanja o podrijetlu života usredotočuje se na to kako je okoliš proizveo molekule i strukture prisutne u suvremenom životu, a zatim ih sastavio u strukture koje su dovele do prvih Stanice. Međutim, vjerojatno su postojale mnoge druge vrste molekula koje su se formirale uz biomolekule na ranoj Zemlji, a moguće je da je život započeo korištenjem vrlo jednostavne kemije koja nije povezana s modernim biomolekulama, a zatim je evoluirao kroz faze koje su bile sve složenije da bi dovele do struktura koje se nalaze u modernim stanicama. .

Prethodni rad proveden u ELSI-ju pokazao je da sušenje jednostavnih organskih spojeva poznatih kao alfa-hidroksi kiseline na umjerenoj temperaturi, koji se nalaze u meteoritima i mnogim simulacijama predbiološke kemije, spontano polimerizira u mješavine dugih poliesteri.

Na temelju ovog rada, Jia i kolege poduzeli su sljedeći korak i ispitali overeakcije pod mikroskopom i otkrili da ovi mješoviti poliesterski sustavi tvore gel fazu i spontano se okupljaju kada se ponovno nakvase kako bi formirali jednostavne strukture nalik stanicama.

Najizazovniji aspekt ovog rada bio je stvaranje novih metoda za karakterizaciju svojstava i funkcije kapljica, jer nitko prije nije analizirao takve sustave. Jia je primijetio da je tim bio sretan što ima tako raznoliku multidisciplinarnu stručnost, uključujući kemičare, biokemičare, znanstvenike za materijale i geologe. Nakon što smo odredili njihov sastav i pokazali njihovu sklonost samosastavljanju, sljedeće je pitanje bilo mogu li te stanične strukture učiniti nešto kemijski korisno. Moderne stanične membrane obavljaju mnoge ključne funkcije koje pomažu u održavanju stanice; na primjer, zadržavanje makromolekula i metabolita na jednom mjestu i osiguravanje stalnog unutarnjeg okruženja koje se može jako razlikovati od onog izvan stanice. Prvo su izmjerili koliko su te strukture stabilne i otkrili da mogu postojati vrlo dugo ovisno o uvjetima okoline, ali da se također mogu natjerati da se stapaju i spajaju.

Zatim su testirali sposobnost tih struktura da izdvajaju molekule iz okoliša i otkrili da su do određenog stupnja akumulirali velike molekule bojeizvanredan. Zatim su pokazali da te kapljice također mogu ugostiti RNA i proteinske molekule i još uvijek im omogućiti da budu funkcionalno katalitički. Nadalje, tim je pokazao da bi kapljice mogle pomoći u formiranju lipidnog sloja na njihovoj površini, sugerirajući da su mogle pomoći u formiranju protostanica skele.

Jia i kolege nisu sigurni jesu li te strukture izravne preci stanica, ali misle da je moguće da su takve kapljice mogle omogućiti sastavljanje protostanica na Zemlji.

Novi sustav kompartmentalizacije koji su pronašli iznimno je jednostavan, kažu, i mogao bi se lako formirati u netaknutim okolišima diljem Svemir. “Ovo nam omogućuje da zamislimo nebiološke sustave na ranoj Zemlji koji su još uvijek mogli igrati ulogu u nastanku života na Zemlji. Ovo sugerira da možda postoje mnogi drugi nebiološki sustavi koji bi trebali biti predmet budućih istraživanja ove vrste,” kaže Jia.

“Rana Zemlja je svakako bila kemijski 'prljavo' mjesto,” objašnjava Jia , “i često se većina studija o podrijetlu života usredotočuje na moderne biomolekule u relativno “čistim” uvjetima. Možda je važno razmotriti ove "neuredne" mješavine i vidjeti postoje li zanimljive funkcije ili strukture koje mogu proizaći iz njih spontano. Autorimisle da će sustavnim povećanjem kemijske složenosti takvih sustava moći promatrati kako se razvijaju tijekom vremena i možda otkriti divergentna i pojavna svojstva.

"Imamo ovaj novi eksperimentalni sustav s kojim se možemo igrati , tako da sada možemo početi proučavati fenomene poput evolucije i evolutivnosti ovih kapljica. Moguće kombinacije struktura ili funkcija koje ove kapljice mogu imati gotovo su beskrajne. Ako su fizikalna pravila koja upravljaju stvaranjem kapljica prilično univerzalne prirode, onda se nadamo da ćemo proučavati slične sustave kako bismo otkrili mogu li također formirati mikrokapljice s novim svojstvima,” dodaje Jia.

Na kraju, dok je tim trenutno rade usmjereni na razumijevanje podrijetla života, napominju da bi ovo osnovno istraživanje moglo imati primjenu u drugim područjima, poput personalizirane medicine. "Ovo je samo prekrasan primjer neočekivanih načina na koje se projekti mogu razviti kada se tim različitih znanstvenika iz cijelog svijeta okupi kako bi pokušali razumjeti nove i zanimljive fenomene", rekao je član tima Jim Cleaves, također iz ELSI-ja.

IZVORI / Tokyo Institute of Technology / DOI: 10.1073/pnas.1902336116