Forskere afslører, hvordan de første celler kunne være dannet på Jorden

Krishnamurthy og hans team studerer, hvordan kemiske processer opstod for at forårsage de simple kemikalier og formationer, der var til stede før fremkomsten af ​​liv i den præbiotiske Jord. Krishnamurthy er også medleder af et NASA-initiativ, der undersøger, hvordan liv opstod fra disse tidlige miljøer.

I denne undersøgelse samarbejdede Krishnamurthy og hans team med laboratoriet af blødt stof-biofysiker Ashok Deniz, Ph.D., medtilsvarende seniorforfatter og professor i Institut for Integrativ Strukturel og Beregningsbiologi ved Scripps Research. De søgte at undersøge, om fosfater kan have været involveret under dannelsen af ​​protoceller. Fosfater er til stede i næsten alle kemiske reaktioner i kroppen, så Krishnamurthy havde mistanke om, at de kunne have været til stede tidligere end tidligere antaget.

Forskere troede, at protoceller blev dannet af fedtsyrer, men det var uklart, hvordan protoceller gik fra en enkelt kæde til en dobbeltkæde af fosfater, hvilket er det, der tillader dem at være mere stabile og rumme kemiske reaktioner.

Forskerne ønskede at efterligne plausible præbiotiske forhold - de miljøer, der eksisterede før livets fremkomst. De identificerede først tre sandsynlige blandinger af kemikalier, der potentielt kunne skabe vesikler, sfæriske strukturer af lipider, der ligner protoceller.

De anvendte kemikalier omfattede fedtsyrer og glycerol (et almindeligt biprodukt af sæbeproduktion, der kan have eksisteret i begyndelsen af ​​Jorden). Dernæst observerede de reaktionerne af disse blandinger og tilføjede yderligere kemikalier for at skabe nye blandinger. Disse opløsninger blev afkølet og opvarmet ved gentagelse natten over med nogen rystning for at fremme kemiske reaktioner.

De brugte derefter fluorescerende farvestoffer til at inspicere blandingerne og vurdere, om vesikeldannelse havde fundet sted. I visse tilfælde varierede forskerne også pH og forholdet mellem komponenterne for bedre at forstå, hvordan disse faktorer påvirkede vesikeldannelsen. De så også på effekten af ​​metalioner og temperatur på vesiklernes stabilitet.

"Vesiklerne var i stand til at gå fra et fedtsyremiljø til et fosfolipidmiljø under vores eksperimenter, hvilket tyder på, at et lignende kemisk miljø kunne have eksisteret for 4 milliarder år siden," siger førsteforfatter Sunil Pulletikurti, postdoc-forsker i Krishnamurthys laboratorium.

Det viser sig, at fedtsyrer og glycerol kan have gennemgået phosphorylering for at skabe den mere stabile, dobbeltkædede struktur. Især kan glycerol-afledte fedtsyreestere have ført til vesikler med forskellige tolerancer over for metalioner, temperaturer og pH - et kritisk skridt i diversificeringen af ​​evolutionen.

"Vi har opdaget en plausibel vej for, hvordan fosfolipider kunne være opstået under denne kemiske evolutionære proces," siger Deniz. "Det er spændende at afdække, hvordan tidlig kemi kan have ændret sig for at tillade liv på Jorden. Vores resultater antyder også et væld af spændende fysik, der kan have spillet vigtige funktionelle roller undervejs til moderne celler."

Dernæst planlægger forskerne at undersøge, hvorfor nogle af vesiklerne smeltede sammen, mens andre delte sig for bedre at forstå protocellernes dynamiske processer.

Flere oplysninger: Eksperimentelt modellering af fremkomsten af ​​præbiotisk plausible fosfolipidvesikler, Chem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2024.02.007. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00069-X

Journaloplysninger: Kem

Leveret af The Scripps Research Institute