Oamenii de știință au descoperit o modalitate uluitoare prin care ar fi putut începe viața.
Congelarea și decongelarea repetată ar fi putut fi motorul ascuns care a ajutat primele celule ale vieții să se unească și să evolueze.
Data: 29 aprilie 2026 Sursa: Institute of Science Tokyo Rezumat: Noi experimente sugerează că înghețarea și dezghețarea pe Pământul timpuriu ar fi putut ajuta structurile primitive asemănătoare celulelor să crească și să evolueze. Bulele mici de lipide s-au comportat foarte diferit în funcție de compoziția membranei lor - unele au fuzionat în compartimente mai mari și au capturat ADN-ul mai eficient. Aceste evenimente de fuziune ar fi putut amesteca molecule cheie, pregătind terenul pentru o chimie mai complexă.
Medii înghețate ar fi putut fi mult mai importante pentru originile vieții decât se credea anterior. Credit: AI/ScienceDaily.com
Celulele moderne sunt sisteme extrem de complicate. Ele conțin schele interne, procese chimice strict controlate și instrucțiuni genetice care ghidează aproape tot ceea ce fac. Această complexitate le permite să supraviețuiască în diverse medii și să concureze pe baza condiției lor fizice.
În schimb, cele mai timpurii structuri asemănătoare celulelor au fost extrem de simple. Aceste compartimente primitive erau în esență bule mici, unde membranele lipidice închideau molecule organice de bază. Înțelegerea modului în care astfel de protocelule simple au dat în cele din urmă naștere celulelor complexe pe care le vedem astăzi rămâne o întrebare centrală în cercetarea originii vieții.
Un studiu recent condus de cercetători de la Earth-Life Science Institute (ELSI) de la Institute of Science Tokyo analizează mai atent modul în care aceste structuri timpurii s-ar fi putut comporta pe Pământul antic. În loc să propună o singură explicație pentru modul în care a început viața, cercetătorii s-au concentrat pe experimente care simulează condiții de mediu realiste. Mai exact, au examinat modul în care variațiile în compoziția membranei afectează creșterea, fuziunea și capacitatea protocelulelor de a reține molecule importante în timpul ciclurilor de îngheț/dezgheț.
Construirea de protocelule model cu lipide diferite
Pentru a investiga acest lucru, echipa a creat compartimente sferice mici, cunoscute sub numele de vezicule unilamelare mari (LUV). Acestea au fost construite folosind trei tipuri de fosfolipide: POPC (1-palmitoil-2-oleoil-glicero-3-fosfocolină; 16:0-18:1 PC), PLPC (1-palmitoil-2-linoileol-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 fosfatidilcolina (PC) ca componente ale membranei, datorită continuității structurale chimice cu celulele moderne, disponibilității potențiale în condiții prebiotice și capacității de reținere a conținutului esențial", a spus Tatsuya Shinoda, doctorand la ELSI și autor principal.
Deși aceste molecule sunt similare, structurile lor diferă în moduri subtile, dar importante. POPC conține un lanț acil nesaturat cu o singură legătură dublă. PLPC are, de asemenea, un lanț acil nesaturat, dar cu două legături duble. DOPC include două lanțuri acil nesaturate, fiecare cu o legătură dublă. Aceste diferențe influențează modul în care moleculele se împachetează strâns. POPC tinde să formeze membrane mai rigide, în timp ce PLPC și DOPC produc membrane care sunt mai fluide.
Ciclurile de îngheț-dezgheț stimulează creșterea și fuziunea
Cercetătorii au expus apoi aceste vezicule la cicluri repetate de îngheț/dezgheț (F/T), imitând schimbările de temperatură care ar fi putut apărea pe Pământul timpuriu. După trei cicluri, au apărut diferențe clare. Veziculele bogate în POPC s-au grupat fără a se îmbina complet. În schimb, cele care conțineau PLPC sau DOPC au fuzionat în compartimente mai mari. Cu cât este mai mult PLPC prezent, cu atât veziculele au fost mai susceptibile de a se îmbina și crește. Acest comportament evidențiază rolul chimiei membranei. Lipidele cu mai multe legături nesaturate fac membranele mai puțin strâns împachetate, ceea ce pare să încurajeze fuziunea.
"Sub stresul formării cristalelor de gheață, membranele pot deveni destabilizate sau fragmentate, necesitând reorganizarea structurală la dezghețare. Organizarea laterală slab împachetată, datorită gradului mai mare de nesaturare, poate expune mai multe regiuni hidrofobe în timpul reconstrucției membranei, facilitând interacțiunile cu veziculele adiacente și făcând fuziunea energetic favorabilă." a remarcat Natsumi Noda, cercetător la ELSI.
Amestecarea moleculelor și reținerea ADN-ului
Fuziunea este importantă deoarece permite amestecarea conținutului compartimentelor separate. Pe Pământul timpuriu, unde moleculele organice erau împrăștiate în mediu, acest tip de amestecare ar fi putut reuni ingrediente cheie. Această interacțiune ar fi putut sprijini reacțiile chimice care duc la sisteme mai complexe, asemănătoare celulelor.
Echipa a testat, de asemenea, cât de bine ar putea aceste vezicule să capteze și să rețină ADN-ul. Au comparat veziculele făcute în întregime din POPC cu cele făcute în întregime din PLPC. Rezultatele au arătat că veziculele PLPC au fost mai bune la prinderea ADN-ului chiar și înainte de ciclurile de îngheț/dezgheț. După cicluri repetate, au continuat să rețină mai mult ADN decât veziculele POPC.
Medii înghețate ca un posibil leagăn pentru viață
În mod tradițional, oamenii de știință s-au concentrat pe medii precum piscinele de uscare de pe uscat sau gurile hidrotermale din adâncurile oceanului ca locuri probabile pentru originea vieții. Acest studiu adaugă o altă posibilitate. Sugerează că mediile înghețate ar fi putut juca, de asemenea, un rol semnificativ.
Pe Pământul timpuriu, ciclurile de îngheț/dezgheț ar fi putut avea loc în mod repetat pe perioade lungi. Pe măsură ce apa îngheța, cristalele de gheață în creștere ar împinge moleculele dizolvate în lichidul rămas, concentrându-le în spații mici. Acest proces ar fi putut crește probabilitatea interacțiunilor dintre molecule și vezicule.
În același timp, membranele făcute din fosfolipide mai nesaturate ar fi fost mai predispuse la fuziune, promovând amestecarea. Cu toate acestea, există un compromis. În timp ce membranele fluide susțin fuziunea, ele pot deveni și instabile în timpul stresului indus de îngheț-dezgheț, ceea ce duce la scurgeri.
Echilibrarea stabilității și evoluției în celulele timpurii
Pentru protocelulele timpurii, menținerea unui echilibru între stabilitate și permeabilitate ar fi fost crucială. Membranele trebuie să-și rețină conținutul, dar și să permită interacțiunile care conduc la schimbări chimice. Cele mai de succes compoziții ale membranei au depins probabil de condițiile de mediu.
"O selecție recursivă a veziculelor crescute induse de F/T de-a lungul generațiilor succesive poate fi realizată prin integrarea mecanismelor de fisiune, cum ar fi presiunea osmotică sau forfecarea mecanică. Odată cu creșterea complexității moleculare, sistemul intravezicular, adică funcția codificată de gene, poate prelua în cele din urmă starea protocelulară, ceea ce duce în consecință la apariția unei celule primordiale capabile de evoluție darwiniană", conchide Tomoaki Matsuura, profesor la ELSI și principalul cercetător din spatele acestui studiu.
Împreună, aceste descoperiri sugerează că procesele fizice simple, cum ar fi înghețarea și dezghețarea, ar fi putut ajuta la ghidarea tranziției de la compartimentele moleculare de bază la primele celule în evoluție.