Nový objev fosfolipidů přepisuje příběh o původu života

Nedávná studie Scripps Research navrhuje věrohodnou cestu pro ranou tvorbu a evoluci protobuněk, což naznačuje, že fosforylace mohla být klíčová při vývoji komplexních funkčních prekurzorů života na Zemi asi před 4 miliardami let. Tento objev zlepšuje naše chápání původu života a raného chemického prostředí Země. Nedávný objev nového fosfolipidu zužuje propast v chápání toho, jak se primordiální buňky objevily během vzniku života.

Přibližně před 4 miliardami let byla Země v procesu vytváření podmínek vhodných pro život. Vědci zabývající se původem života se často ptají, zda typ chemie nalezený na rané Zemi byl podobný tomu, co život vyžaduje dnes. Vědí, že kulovité shluky tuků, nazývané protobuňky, byly předchůdcem buněk během tohoto vzniku života. Jak ale poprvé vznikly a diverzifikovaly jednoduché protobuňky, aby nakonec vedly k životu na Zemi?

Nyní vědci Scripps Research objevili jednu věrohodnou cestu, jak se protobuňky mohly nejprve vytvořit a chemicky postupovat, aby umožnily rozmanitost funkcí.

Zjištění, která byla nedávno zveřejněna v časopise Chem, naznačují, že k chemickému procesu zvanému fosforylace (kde se do molekuly přidávají fosfátové skupiny) mohlo dojít dříve, než se dosud očekávalo. To by vedlo ke strukturálně složitějším, dvouřetězcovým protobuňkám schopným přechovávat chemické reakce a dělit se s rozmanitou škálou funkcí. Odhalením toho, jak vznikly protobuňky, mohou vědci lépe pochopit, jak mohla probíhat raná evoluce.

Stavební kameny pro život

„V určité chvíli se všichni divíme, odkud jsme přišli. Nyní jsme objevili věrohodný způsob, jak mohly být fosfáty začleněny do struktur podobných buňkám dříve, než se dosud myslelo, což představuje stavební kameny pro život,“ říká Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., spolukorespondující hlavní autor a profesor v oboru na Katedře chemie ve Scripps Research. „Toto zjištění nám pomáhá lépe porozumět chemickému prostředí rané Země, abychom mohli odhalit původ života a jak se život mohl vyvíjet na rané Zemi.“

Krishnamurthy a jeho tým studují, jak došlo k chemickým procesům, které způsobily jednoduché chemikálie a útvary, které byly přítomny před vznikem života na prebiotické Zemi. Krishnamurthy je také vedoucí iniciativy NASA, která zkoumá, jak se život vynořil z těchto raných prostředích. V této studii Krishnamurthy a jeho tým spolupracovali s laboratoří biofyziky měkkých látek Ashoka Denize, PhD, profesorem na katedře integrální strukturní a výpočetní biologie na Scripps Research. Snažili se prozkoumat, zda se při tvorbě protobuněk mohly podílet fosfáty. Fosfáty jsou přítomny téměř v každé chemické reakci v těle, takže Krishnamurthy měl podezření, že mohly být přítomny dříve, než se dosud věřilo.

Vědci si mysleli, že protobuňky vznikly z mastných kyselin, ale nebylo jasné, jak se protobuňky přeměnily z jednoho řetězce na dvojitý řetězec fosfátů, což jim umožňuje být stabilnější a uchovávat chemické reakce.

Experimentální pohledy do evoluce protobuněk

Vědci chtěli napodobit pravděpodobné prebiotické podmínky – prostředí, která existovala před vznikem života. Nejprve identifikovali tři pravděpodobné směsi chemikálií, které by mohly potenciálně vytvářet vezikuly, sférické struktury lipidů podobné protobuňkám. Použité chemikálie zahrnovaly mastné kyseliny a glycerol (běžný vedlejší produkt výroby mýdla, který mohl existovat během rané Země). Dále pozorovali reakce těchto směsí a přidali další chemikálie, aby vytvořili nové směsi. Tyto roztoky byly ochlazeny a zahřívány přes noc s občasným protřepáváním, aby se podpořily chemické reakce.

Poté použili fluorescenční barviva ke kontrole směsí a posouzení, zda došlo k tvorbě vezikul. V určitých případech výzkumníci také změnili pH a poměry složek, aby lépe pochopili, jak tyto faktory ovlivnily tvorbu vezikul. Zabývali se také vlivem kovových iontů a teploty na stabilitu vezikul.

„Váčky byly během našich experimentů schopny přejít z prostředí mastných kyselin do prostředí fosfolipidů, což naznačuje, že podobné chemické prostředí mohlo existovat před 4 miliardami let,“ říká hlavní autor Sunil Pulletikurti, postdoktorandský výzkumník v Krishnamurthyho laboratoři.

Ukazuje se, že mastné kyseliny a glycerol mohly projít fosforylací, aby se vytvořila stabilnější dvouřetězcová struktura. Zejména estery mastných kyselin odvozené od glycerolu mohly vést k vezikulám s různými tolerancemi vůči kovovým iontům, teplotám a pH – což je kritický krok v diverzifikaci evoluce.

„Objevili jsme jednu pravděpodobnou cestu, jak se fosfolipidy mohly objevit během tohoto chemického evolučního procesu,“ říká Ashok Deniz. „Je vzrušující odhalit, jak se raná chemie mohla změnit, aby umožnila život na Zemi. Naše zjištění také naznačují množství zajímavé fyziky, která mohla hrát klíčové funkční role na cestě k moderním buňkám.“

Dále vědci plánují prozkoumat, proč se některé vezikuly spojily, zatímco jiné byly rozděleny, aby lépe porozuměli dynamickým procesům protobuněk.

Zdroj: https://scitechdaily.com/new-phospholipid-discovery-rewrites-the-story-of-the-origin-of-life/

autor: František Martinek