_ Oamenii de știință dezvăluie primul celulele s-ar fi putut forma pe Pământ

Cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă, Pământul dezvolta condiții potrivite pentru viață. Oamenii de știință despre originea vieții se întreabă adesea dacă tipul de chimie găsit pe Pământul timpuriu a fost similar cu ceea ce necesită viața astăzi. Ei știu că colecțiile sferice de grăsimi, numite protocelule, au fost precursoarele celulelor în timpul acestei apariții a vieții. Dar cum au apărut și s-au diversificat protocelulele simple pentru a duce în cele din urmă la viață pe Pământ?

Acum, oamenii de știință de la Scripps Research au descoperit o cale plauzibilă pentru modul în care protocelulele s-ar fi putut forma mai întâi și au progresat chimic pentru a permite o diversitate de funcțiile.

Descoperirile, publicate online pe 29 februarie 2024, în revista Chem, sugerează că un proces chimic numit fosforilare (unde se adaugă grupări de fosfat la moleculă) ar fi putut avea loc mai devreme decât se aștepta anterior. Acest lucru ar duce la protocelule mai complexe din punct de vedere structural, cu dublu lanț, capabile să adăpostească reacții chimice și să se împartă cu o gamă diversă de funcționalități. Dezvăluind modul în care s-au format protocelulele, oamenii de știință pot înțelege mai bine cum ar fi putut avea loc evoluția timpurie.

„La un moment dat, ne întrebăm cu toții de unde venim. Acum am descoperit o modalitate plauzibilă prin care fosfații ar fi putut să aibă loc. a fost încorporat în structuri asemănătoare celulelor mai devreme decât se credea anterior, ceea ce pune bazele vieții”, spune Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., autor principal corespondent și profesor la Departamentul de Chimie la Scripps Research.

„Această descoperire ne ajută să înțelegem mai bine mediile chimice ale Pământului timpuriu, astfel încât să putem descoperi originile vieții și modul în care viața poate evolua pe Pământul timpuriu.”

Krishnamurthy și echipa sa studiază modul în care au avut loc procesele chimice pentru a provoca substanțele chimice și formațiunile simple care au fost prezente înainte de apariția vieții pe Pământul prebiotic. Krishnamurthy este, de asemenea, un co-lider al unei inițiative NASA care investighează modul în care viața a apărut din aceste medii timpurii.

În acest studiu, Krishnamurthy și echipa sa au colaborat cu laboratorul biofizicianului Ashok Deniz, Ph.D. , autor principal corespondent și profesor la Departamentul de Biologie Integrativă Structurală și Computațională de la Scripps Research. Ei au căutat să examineze dacă fosfații ar fi putut fi implicați în timpul formării protocelulelor. Fosfații sunt prezenți în aproape toate reacțiile chimice din organism, așa că Krishnamurthy a bănuit că ar fi putut fi prezenți mai devreme decât se credea anterior.

Oamenii de știință credeau că protocelulele s-au format din acizi grași, dar nu era clar modul în care protocelulele au trecut de la o singură. lanț la un lanț dublu de fosfați, ceea ce le permite să fie mai stabili și să adăpostească reacții chimice.

Oamenii de știință au vrut să imite condiții prebiotice plauzibile - mediile care existau înainte de apariția vieții. Ei au identificat mai întâi trei amestecuri probabile de substanțe chimice care ar putea crea vezicule, structuri sferice ale lipidelor similare cu protocelulele.

Substanțele chimice utilizate au inclus acizi grași și glicerol (un produs secundar comun al producției de săpun care ar fi putut exista în timpul timpurii). Pământ). Apoi, au observat reacțiile acestor amestecuri și au adăugat substanțe chimice suplimentare pentru a crea noi amestecuri. Aceste soluții s-au răcit și s-au încălzit repetat peste noapte cu puțină agitare pentru a promova reacțiile chimice.

Au folosit apoi coloranți fluorescenți pentru a inspecta amestecurile și a aprecia dacă a avut loc formarea veziculelor. În anumite cazuri, cercetătorii au variat, de asemenea, pH-ul și raporturile componentelor pentru a înțelege mai bine modul în care acești factori au influențat formarea veziculelor. Ei au analizat, de asemenea, efectul ionilor metalici și al temperaturii asupra stabilității veziculelor.

„Veziculele au reușit să treacă de la un mediu de acizi grași la un mediu de fosfolipide în timpul experimentelor noastre, sugerând că un mediu chimic similar ar fi putut exista acum 4 miliarde de ani”, spune primul autor Sunil Pulletikurti, cercetător postdoctoral în Laboratorul lui Krishnamurthy.

Se pare că acizii grași și glicerolul ar fi fost supuși fosforilării pentru a crea acea structură cu lanț dublu mai stabil. În special, esterii acizilor grași derivați de glicerol ar putea să fi condus la vezicule cu toleranțe diferite la ionii metalici, temperaturi și pH - un pas critic în diversificarea evoluției.

„Am descoperit o cale plauzibilă pentru modul în care fosfolipidele. ar fi putut apărea în timpul acestui proces evolutiv chimic”, spune Deniz. „Este interesant să descoperim modul în care chimiile timpurii au făcut tranziția pentru a permite viața pe Pământ. Descoperirile noastre sugerează, de asemenea, o multitudine de fizică intrigantă care ar fi putut juca roluri funcționale cheie în drumul către celulele moderne.”

În continuare, oamenii de știință intenționează să examineze de ce unele vezicule s-au fuzionat în timp ce altele s-au divizat pentru a înțelege mai bine procesele dinamice ale protocelulelor.

(Fluierul)