Livets oprindelse i membranløse protoceller

Hvordan liv opstod fra ikke-levende kemikalier for mere end 3,5 milliarder år siden på Jorden er et stadig ubesvaret spørgsmål. RNA-verdenshypotesen antager, at RNA-biomolekyler var nøglespillere i denne tid, da de bærer genetisk information og fungerer som enzymer. Imidlertid, et krav til RNA-aktivitet er, at der er et vist antal molekyler tæt nok på hinanden. Dette ville være muligt, hvis RNA var indeholdt i et rum, såsom membranløse mikrodråber (koacervater). Forskere ved Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden og Max Planck Institute of Biochemistry i Martinsried har for første gang vist, at simpelt RNA er aktivt i membranløse mikrodråber, muliggør et passende miljø for livets begyndelse.

RNA-verdenshypotesen antager, at liv stammer fra selvreplikerende RNA, et biomolekyle, som var til stede før udviklingen af ​​DNA og proteiner. Imidlertid, forskere antager, at på en tidlig planet Jorden kan koncentrationer af RNA og deres byggesten have været for fortyndede til, at en reaktion kunne finde sted. Derfor, de spredte RNA -molekyler, der er nødvendige for at finde en vej til hinanden for at skabe en reaktion og starte livet. Egnede steder til akkumulering af RNA kunne have været inden for rum. Rum kan dannes med en membran såsom cellen eller uden en membran, hvor molekyler let kan udveksles med deres omgivelser. Membranløse rum kan dannes ved faseadskillelse af modsat ladede molekyler, en proces, der ligner udskillelsen af ​​oliedråber i vand.

I deres undersøgelse, forskerne beviste for første gang, at RNA er aktivt i sådanne membranløse mikrodråber, understøtter en tidligere hypotese om, at koacervater fungerer som protoceller og derfor kunne være en forløber for den celle, der eksisterer i dag. Koacervaternes evne til at akkumulere RNA ville have hjulpet med at overvinde fortyndingsproblemet med biomolekyler og tilbyde et passende miljø for reaktioner med hinanden. Desuden, disse membranløse dråber tillader fri overførsel af RNA mellem dråberne. Dr. Björn Drobot, den første forfatter til denne undersøgelse, forklarer:"En af de virkelig spændende ting er, at vi har vist, at coacervater fungerer som et kontrolleret genetisk overførselssystem, hvor kortere RNA-stykker kan pendle mellem dråberne, mens længere stykker er fanget i værtsmikrodråben. På denne måde disse protoceller (koacervater) har evnen til at overføre genetisk information mellem andre protoceller, hvilket ville have været et vigtigt kriterium for at starte livet."

Disse resultater viser, at membranløse mikrodråber er gavnlige for en selektiv akkumulering af RNA. Dr. Dora Tang, der ledede projektet påpeger:"Det blev antaget af en russisk videnskabsmand (Oparin) i 1920'erne, at coacervate dråber kunne have været de første rum på jorden og eksisteret før celler med en membran udviklede sig. De giver en måde for biomolekyler at koncentrere sig og skabe det første liv på Jorden. Undersøgelsen fra mit laboratorium tilføjer et værk fra os og andre, hvor der er stigende beviser for, at coacervater er interessante systemer til opdeling i livsstudier og studier i moderne biologi og syntetisk biologi. "