En førende teori om livets oprindelse på jorden foreslår, at enkle kemiske molekyler gradvist blev mere komplekse, hvilket i sidste ende dannede protoceller-primære, ikke-levende strukturer, der var forløbere for moderne celler.
En lovende kandidat til protoceller er polyestermikrodropletter, der dannes gennem den enkle polymerisation af alfa-hydroxy-syrer (αhaer), forbindelser, der antages at have akkumuleret på den tidlige jord, der muligvis er dannet af lynnedslag eller leveret via meteoritter, til protokeller, efterfulgt af simpel rehydrering i vandigt medium.
En nylig undersøgelse fra Earth-Life Science Institute (ELSI) ved Institute of Science Tokyo giver nye beviser, der understøtter dannelsen af polyestermikrodropletter under en bredere række af realistiske prebiotiske forhold end tidligere antaget.
Resultaterne offentliggøres i tidsskriftet ACS Bio & Med Chem AU.
Ledet af ph.d. Student Mahendran Sithamparam fra Space Science Center (ANGKASA), Institut for Klimaændringer, National University of Malaysia som den første forfatter og co-overvåget af ELSI’s specielt udnævnte lektor Tony Z. Jia og Angkasa-forsker Kuhan Chandru, undersøgte undersøgelsen den Dannelse af disse mikrodropletter under forhold, der er mere reflekterende for den tidlige jord.
Holdet fandt, at polyestermikrodropletter kunne dannes selv i saltrige miljøer, ved lave αHA-koncentrationer og i små reaktionsvolumener.
Dette udvides med tidligere forskning, der primært overvejede deres dannelse i høje koncentrationer eller i større vandmasser såsom kystområder i søer eller varme kilder.
Resultaterne antyder i stedet, at polyesterprotoceller sandsynligvis var mere udbredt end tidligere antaget, potentielt dannede i begrænsede rum som klippeporer eller endda i højsaltmiljøer som saltpuljer eller oceaniske miljøer.
I 2019 opdagede forskerteamet, at polyester -mikrodropletter kunne dannes gennem en simpel dehydreringsproces. Når den forsigtigt opvarmes til 80 ° C, overgik phenyllacticsyre (PA), en type αHA, til et gellignende stof, der derefter dannede membranløse dråber, når de blev rehydreret.
I deres seneste undersøgelse undersøgte forskerne, om disse mikrodropletter kunne dannes under mere fortyndede eller lavere volumenforhold, svarende til dem, der forventes på prebiotisk jord.
“Tidligere laboratorieundersøgelser anvendte ofte høje indledende koncentrationer og volumener af αhaer i henholdsvis hundreder af millimolar eller mikroliter-interval, som muligvis ikke afspejler forholdene på prebiotisk jord, hvor sådanne forhold var usandsynlige; det er derfor, vi havde brug for at skubbe til Grænser for polymerisationsdråbemonteringsprocesser for at se, om samling af sådanne protoceller faktisk ville have været levedygtig på den tidlige jord, “forklarer JIA.
For at simulere disse mere realistiske tilstande reducerede forskerne koncentrationen og volumenet af PA i syntese og efterfølgende dråbedannelsesundersøgelser. De fandt, at polyestere kunne syntetiseres, og dråber kunne dannes med så lidt som 500 ul 1 mM PA eller 5 µl 500 mM PA.
Dette antyder, at polyestermikrodropletter naturligt kunne have fremkommet både i indesluttede rum, såsom klippeporer eller fortyndede miljøer, såsom dem, der følger oversvømmelser eller nedbør.
For yderligere at teste forhold i den virkelige verden simulerede teamet reaktioner i saltvand, der ligner dem i det gamle hav. De introducerede 1M NaCl, KCL og MGCL2 Til PA -reaktanterne kan det fortsætte med at finde ud af, at polyestersyntese og mikrodropletmontering kunne fortsætte i NaCl og KCL, men ikke i MGCL2.
Dette antyder, at polyestermikrodropletter ville have været mere tilbøjelige til at danne sig i vandmasser med specifikke saltkompositioner, såsom de høje NaCl og KCL, men lavt i MGCL2gunstig for αHA -polymerisation og efterfølgende polyestermikrodropletmontering.
“Konklusionerne fra denne undersøgelse viser tydeligt, at polyesterprotoceller sandsynligvis var mere almindelige på den tidlige jord end tidligere antaget og informerer også den næste generation af laboratorieundersøgelser af systemet,” siger Chandru.
“Således kunne en lang række primitive miljøer – inklusive oceanisk, ferskvand, briny og begrænsede rum som klippeporer – i sidste ende have støttet dannelsen af disse protoceller både på jorden eller andre steder.”