Rainbow Particles Life

Εξερευνώντας την προέλευση της ζωής – Οι επιστήμονες προτείνουν εναλλακτικό μοντέλο

Ένα νέο μοντέλο βοηθά στην κατανόηση της αυτοοργάνωσης των μορίων σε ζωντανές δομές.

Μια πιθανή υπόθεση για την εμφάνιση της ζωής περιλαμβάνει την αυτοσυναρμολόγηση αλληλένδετων μορίων σε δομές παρόμοιες με τα κυτταρικά σταγονίδια. Αυτές οι συγκεκριμένες ομάδες μορίων θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τους πρώτους αυτοαναπαραγόμενους μεταβολικούς κύκλους, ένα χαρακτηριστικό που υπάρχει παγκοσμίως σε βιολογικά συστήματα και συνεπές σε όλες τις μορφές ζωής. Σύμφωνα με αυτό το παράδειγμα, τα πρώτα βιομόρια θα πρέπει να συγκεντρωθούν μαζί μέσω αργών και συνολικά αναποτελεσματικών διαδικασιών.

Τέτοιος αργός σχηματισμός συστάδων φαίνεται ασύμβατος με το πόσο γρήγορα εμφανίστηκε η ζωή. Επιστήμονες από το τμήμα Φυσικής της Ζωής Ύλης από το MPI-DS έχουν τώρα προτείνει ένα εναλλακτικό μοντέλο που εξηγεί τέτοιο σχηματισμό συστάδων και επομένως τη γρήγορη έναρξη των χημικών αντιδράσεων που απαιτούνται για τη δημιουργία ζωής.

«Για αυτό, εξετάσαμε διαφορετικά μόρια, σε έναν απλό μεταβολικό κύκλο, όπου κάθε είδος παράγει μια χημική ουσία που χρησιμοποιείται από το επόμενο», λέει ο Vincent Ouazan-Reboul, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Διαβάστε επίσης: Οι ειδικοί προτείνουν ένα όριο έξι κουταλιών του γλυκού «δωρεάν» σάκχαρα

«Τα μόνα στοιχεία στο μοντέλο είναι η καταλυτική δραστηριότητα των μορίων, η ικανότητά τους να ακολουθούν τις διαβαθμίσεις συγκέντρωσης των χημικών ουσιών που παράγουν και καταναλώνουν, καθώς και οι πληροφορίες για τη σειρά των μορίων στον κύκλο», συνεχίζει.

Κατά συνέπεια, το μοντέλο έδειξε τον σχηματισμό καταλυτικών συστάδων που περιλαμβάνουν διάφορα μοριακά είδη. Επιπλέον, η ανάπτυξη των συστάδων γίνεται εκθετικά γρήγορα. Τα μόρια επομένως μπορούν να συναρμολογηθούν πολύ γρήγορα και σε μεγάλους αριθμούς σε δυναμικές δομές.

«Επιπλέον, ο αριθμός των ειδών μορίων που συμμετέχουν στον μεταβολικό κύκλο παίζει βασικό ρόλο στη δομή των σχηματισμένων συστάδων», συνοψίζει ο Ramin Golestanian, διευθυντής στο MPI-DS: «Το μοντέλο μας οδηγεί σε μια πληθώρα πολύπλοκων σεναρίων για αυτοοργάνωση και κάνει συγκεκριμένες προβλέψεις σχετικά με τα λειτουργικά πλεονεκτήματα που προκύπτουν για μονό ή ζυγό αριθμό ειδών που συμμετέχουν. Είναι αξιοσημείωτο ότι οι μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις, όπως απαιτούνται για το πρόσφατα προτεινόμενο σενάριο, υπάρχουν γενικά σε όλους τους μεταβολικούς κύκλους.»

Σε μια άλλη μελέτη, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι η αυτοέλξη δεν απαιτείται για ομαδοποίηση σε ένα μικρό μεταβολικό δίκτυο. Αντίθετα, τα εφέ δικτύου μπορεί να προκαλέσουν τη συσσώρευση ακόμη και αυτοαπωθητικών καταλυτών. Με αυτό, οι ερευνητές επιδεικνύουν νέες συνθήκες στις οποίες σύνθετες αλληλεπιδράσεις μπορούν να δημιουργήσουν αυτοοργανωμένες δομές.

Συνολικά, οι νέες ιδέες και των δύο μελετών προσθέτουν έναν άλλο μηχανισμό στη θεωρία του πόσο περίπλοκη ζωή προέκυψε κάποτε από απλά μόρια και γενικότερα αποκαλύπτουν πώς οι καταλύτες που εμπλέκονται στα μεταβολικά δίκτυα μπορούν να σχηματίσουν δομές.

Αναφορά: «Αυτοοργάνωση των πρωτόγονων μεταβολικών κύκλων λόγω μη αμοιβαίων αλληλεπιδράσεων» από τους Vincent Ouazan-Reboul, Jaime Agudo-Canalejo και Ramin Golestanian, 26 Ιουλίου 2023, Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-023-40241-w

Διαβάστε επίσης:

Οι ερευνητές ανακαλύπτουν νέες αυτοσυναρμολογούμενες κρυσταλλικές δομές

Ροή ενέργειας στα μεγαλύτερα κρουστικά κύματα του σύμπαντος

Απάντηση