Formskiftende protoceller antyder mekanikken i det tidlige liv

Inspireret af de processer af cellulær differentiering observeret i udviklingsbiologi, et tværfagligt team af forskere ved University of Bristol har demonstreret en ny spontan tilgang til at bygge samfund af cellelignende enheder (protoceller) ved hjælp af kemiske gradienter.

I en ny undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation , Professor Stephen Mann fra Bristol's School of Chemistry, sammen med kollegerne Dr. Liangfei Tian, Dr. Mei Li, og Dr. Avinash Patil i Bristol Center for Protolife Research, og professor Bruce Drinkwater fra Det Tekniske Fakultet brugte en kemisk gradient til at transformere en ensartet population af små dråber til et mangfoldigt samfund af kunstige celler.

Holdet brugte først ultralydsbølger til at skabe regelmæssige rækker af tusindvis af dråber, der indeholdt energilagringsmolekylet ATP. De tillod derefter formskiftende molekyler (kunstige morphogener) at diffundere i én retning gennem befolkningen.

Da morfogenerne kom i kontakt med dråberne, dråberne omdannes række for række til membranbundne protoceller med forskellige former, kemiske sammensætninger og enzymaktiviteter. Hvordan dråberne ændrede sig var afhængig af den lokale morfogenkoncentration i den fremadskridende kemiske gradient.

Bølger af differentiering sås at rejse hen over befolkningen, efterlader et mønster af differentierede protoceller, således at et komplekst og ordnet samfund opstod spontant fra den homogene befolkning.

Professor Mann sagde:"Dette arbejde åbner en ny horisont inden for protocelleforskning, fordi det fremhæver mulighederne for spontant at konstruere protocellesamfund med graderet struktur og funktionalitet.

"Selvom forskningen lige er begyndt, resultaterne giver et skridt i retning af at udvikle kunstige celleplatforme til kemisk sansning og overvågning under ikke-ligevægt (flow-baserede) forhold."

Dr. Tian tilføjede:"Da dråbebaserede protoceller er blevet foreslået som plausible progenitorer til membranbundne protoceller på den tidlige Jord, vores arbejde kunne have betydning for nutidige teorier om livets oprindelse.

"I særdeleshed, da kemiske gradienter producerer protocellediversitet fra ensartede populationer, måske var en lignende mekanisme ansvarlig for fremkomsten af ​​funktionel kompleksitet i gamle proto-levende systemer."