Az első sejtkezdemények: egyszerű buborékokból komplex organizmusok
A ma ismert sejtek összetett rendszerek: van belső vázuk, bonyolult biokémiájuk, génjeik pedig szinte mindent szabályoznak. Képesek alkalmazkodni, versengeni, változni. Ezekhez képest a legkorábbi sejtekhez hasonló képződmények, az úgynevezett protosejtek egyszerű lipidbuborékok voltak, amelyekben szerves molekulák vándoroltak. Hogyan fejlődhettek innen a mai állapotig? Ez kulcskérdés az élet eredetének kutatásában.
Lipidvezikulák: minilabor az ősleves határán
Tokiói kutatók laboratóriumban háromféle foszfolipiddel készítettek gömb alakú vezikulákat (LUV-eket): POPC, PLPC és DOPC típusokat választottak ki, amelyekben az acil-láncok telítettsége határozta meg a membrán merevségét vagy folyékonyságát. Az apró eltérések óriási következménnyel jártak. A POPC merevebb membránt ad, míg a PLPC és DOPC inkább folyékonyabb szerkezetűek.
Jég és olvadás: a sejtmembránok próbatétele
A tudósok többször is lefagyasztották és visszaolvasztották a vezikulákat, akárcsak a korai Föld ciklikus lehűlései során történhetett. Három ciklus után feltűnő különbség mutatkozott: a POPC-ban gazdag vezikulák csak összetapadtak, de nem olvadtak egybe. Viszont a PLPC-t vagy DOPC-t tartalmazó vezikulák egyre nagyobb egységekbe egyesültek, főként, ha sok PLPC-t tartalmaztak. Minél több volt a telítetlen kötés, annál inkább keveredtek, vagyis nőtt a membránok fúziós hajlama.
Molekulák keverednek – a DNS is bent marad
Az összeolvadó vezikulák lehetőséget nyújtottak rá, hogy egymástól független molekulák – akár DNS is – összekeveredjenek, és új, bonyolultabb kémiai reakciókat indítsanak el. Sőt, a PLPC-vezikulák már az első fagyási ciklus előtt is jobban megtartották a DNS-t, mint a POPC. Több fagyási ciklus után tovább nőtt a különbség: a PLPC-vezikulák jóval hatékonyabban zárták be a DNS-t, mint a merevebb POPC-változatok.
Az élet bölcsője akár a jég lehetett
Korábban a tudósok inkább langyos tavakban vagy tenger alatti hőforrásokban keresték az élet kezdeteit. Most felmerül, hogy a folyamatos fagyás és olvadás önmagában is elindíthatta az élet kémiai evolúcióját. A jégkristályok a víz fagyásakor az oldott molekulákat – köztük az élet építőköveit – kis terekbe koncentrálták, növelve a találkozás és a reakciók esélyét. A telítetlen foszfolipidek membránjai ráadásul még inkább hajlamosak voltak a fúzióra, így elősegítették a keveredést. Ugyanakkor minél folyékonyabb a membrán, annál sérülékenyebb is: a fagyási ciklusok miatti stressz szivárgást, akár széthullást okozhatott.
Egyensúly kell a stabilitás és az evolúció között
A legelső sejtszerű képződményeknek meg kellett találniuk a határt: a membránjuknak egyszerre kellett bezárva tartania az anyagait, de lehetővé tenni a vegyi reakciókat, amelyek fejlődést hoztak. A legsikeresebb membránszerkezetek alkalmazkodtak az adott környezeti feltételekhez. Ahogy bonyolódott a molekuláris rendszer, úgy vált egyre fontosabbá az öröklődő, gének által szabályozott működés – így született meg a valódi élet.
Összességében az egyszerű fizikai folyamatok, mint a fagyás és olvadás, kulcsfontosságú szerepet játszhattak az első, már fejlődni képes sejtek kialakulásában.
