Vědci znovu vytvořili klíčový krok v původu života

Vědci učinili klíčový krok k pochopení toho, jak mohly živé buňky vzniknout z neživé hmoty. V určitém okamžiku historie Země daly neživé, anorganické látky vzniknout prvním formám života. Tento přechod z neživé hmoty na živé organismy zůstává jednou z nejzásadnějších a dosud nevyřešených otázek vědy. Dnes vědci vyvíjejí syntetické buňky, které se chovají jako skutečné, ve snaze odhalit poznatky o tom, jak mohl život na naší planetě původně vzniknout.

Ačkoliv neexistuje univerzálně dohodnutá definice života, vědci obecně rozpoznávají tři klíčové rysy, které se objevují ve všech živých systémech:

Rozčlenění, které vytváří hranici mezi vnitřním prostředím buňky a vnějším světem;
Metabolismus, chemické procesy, které vytvářejí a rozkládají molekuly pro udržení buněčné aktivity;
Selekce, kdy jsou některé molekuly přirozeně upřednostňovány před jinými díky svým vlastnostem nebo výkonu.

Historicky se velká část výzkumu v této oblasti soustředila na pochopení hranice mezi vnitřním a vnějším prostředí buňky. Metabolismus je však stejně důležitý. Umožňuje živým systémům adaptovat se, reprodukovat se a vyvíjet tím, že neustále vytváří molekuly v reakci na změny prostředí.

Syntetické buňky s metabolismem
Výzkumníci z Kalifornské univerzity v San Diegu nyní navrhli systém, který syntetizuje buněčné membrány a zahrnuje metabolickou aktivitu. Jejich práce byla publikována v časopise Nature Chemistry a je uvedena na obálce červnového čísla z roku 2025.

„Buňky, které postrádají metabolickou síť, jsou zablokované – nejsou schopny se přestavovat, růst ani dělit,“ uvedl Neal Devaraj, profesor Murray Goodman Endowed Chair v oboru chemie a biochemie na Kalifornské univerzitě v San Diegu a hlavní výzkumník článku. „Život je dnes vysoce vyvinutý, ale chceme pochopit, zda metabolismus může probíhat ve velmi jednoduchých chemických systémech, než došlo k evoluci složitější biologie.“

Lipidy jsou mastné sloučeniny, které hrají klíčovou roli v mnoha buněčných funkcích. V živých buňkách slouží lipidové membrány jako bariéry, které oddělují buňky od vnějšího prostředí. Lipidové membrány jsou dynamické a schopné se přestavovat v reakci na buněčné požadavky.

Jako klíčový krok k pochopení vývoje živých buněk navrhla Devarajova laboratoř systém, v němž lipidy nejen vytvářejí membrány, ale prostřednictvím metabolismu je také rozkládají. Systém, který vytvořili, byl abiotický, což znamená, že byla použita pouze neživá hmota. To je důležité pro pochopení toho, jak život vznikl na prebiotické Zemi, kdy existovala pouze neživá hmota.

„Snažíme se odpovědět na základní otázku: jaké jsou minimální systémy, které mají vlastnosti života?“ řekl Alessandro Fracassi, postdoktorand v Devarajově laboratoři a první autor článku.

Chemický cyklus, který se vytváří a přerušuje
Chemický cyklus, který vytvořili, využívá chemické palivo k aktivaci mastných kyselin. Mastné kyseliny se poté spojují s lysofosfolipidy, které generují fosfolipidy. Tyto fosfolipidy spontánně tvoří membrány, ale bez paliva se rozkládají a vracejí se k mastným kyselinám a lysofosfolipidovým složkám. Cyklus začíná znovu.

Nyní, když ukázali, že dokážou vytvořit umělou buněčnou membránu, chtějí pokračovat v přidávání vrstev komplexnosti, dokud nevytvoří něco, co má mnohem více vlastností, které si spojujeme se „životem“.

„O živých buňkách a o tom, z čeho jsou složeny, víme hodně,“ uvedl Fracassi. „Ale pokud rozložíte všechny jednotlivé komponenty, ve skutečnosti nechápeme, jak je spojit, aby buňka fungovala tak, jak funguje. Snažíme se znovu vytvořit primitivní, ale funkční buňku, vrstvu po vrstvě.“

Kromě toho, že vývoj umělých buněk objasňuje, jak mohl život vzniknout v abiotickém prostředí, může mít i reálný dopad. Dodávání léků, biovýroba, sanace životního prostředí, biomimetické senzory jsou v nadcházejících desetiletích možnostmi, které se objeví, jelikož budeme i nadále prohlubovat naše chápání toho, jak život na Zemi vznikl.

„Tohoto pokroku se možná nedočkáme za 10 nebo 20 let,“ poznamenal Devaraj. „Ale musíme na tom pracovat dnes, protože se toho stále musíme tolik učit.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/solving-a-primordial-puzzle-scientists-recreate-a-key-step-in-lifes-origin/

autor: František Martinek