Grupė amerikiečių ir vokiečių mokslininkų aprašė mechanizmą, kuriuo pirmuonys, kurie buvo pirmieji gyvieji organizmai mūsų planetoje, pirmtakai įgijo galimybę augti ir dalintis.
Nuo senų senovės žmonės domėjosi gyvybės kilmės klausimu. Istorijos metu kilo kelios hipotezės, iš kurių tikriausiai mokslinę reikšmę turi tik pirmapradės sriubos teorija. Visi kiti pasirodė nepakeliami. Kreacionizmas arba dieviškosios kūrybos teorija, kilusi iš vėlyvojo neolito laikotarpio, laikoma nesąmoninga; amžinojo gyvenimo egzistavimo hipotezė visiškai prieštarauja paleontologiniams ir astronominiams duomenims; hipotezė apie gyvybės atėjimą į mūsų planetą iš išorės (panspermijos samprata) iš esmės neišsprendžia problemos ir, priešingai, provokuoja klausimą, kaip gyvybė galėtų atsirasti kitame pasaulyje.
- „Salik.biz“
Pirmą kartą versiją, kad maži lašeliai ankstyvosiose gyvenimo pradžios stadijose gali susidaryti dėl molekulių atskyrimo sudėtiniuose mišiniuose dėl fazių atskyrimo koacervate (vadinamasis pirminis sultinys), išsakė sovietų biologas Aleksandras Oparinas, šiek tiek vėliau - britų mokslininkas Johnas Haldane'as. Remiantis hipoteze, šie lašai sudarė sąlygas suformuoti reaktyvius cheminius centrus, tačiau tuo pačiu metu neaišku, kaip jie augo ir dauginosi.
Atlikdami naują tyrimą, mokslininkai stebėjo, koks yra lašelių elgesys sistemose, kurias palaiko išorinis energijos šaltinis, būdamas toli nuo termodinaminės pusiausvyros. Tokiose sistemose lašelių augimas atliekamas pridedant lašelių medžiagos, kuri susidaro cheminių reakcijų metu. Buvo nustatyta, kad lašo augimas, atsirandantis dėl cheminių procesų, sukelia lašo formos nestabilumą ir išprovokuoja jo padalijimą į du mažesnius lašelius.
Taigi chemiškai aktyvių lašelių augimo ir dalijimosi ciklai buvo panašūs į gyvo organizmo audinių proliferaciją dėl ląstelių dauginimosi dalijant (proliferacija). Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad aktyvių lašelių padalijimas galėtų būti pavyzdys prebiotinių vienaląsčių ląstelių, kuriose cheminės lašelių reakcijos skatina prebiotikų metabolizmą.
Skystieji lašeliai yra savarankiškai organizuojančios struktūros, galinčios egzistuoti kartu su aplinkiniu skysčiu. Paviršius, padalijantis dvi gretimas fazes, lašeliams suteikia tam tikrą formą, dėl paviršiaus įtempimo - sferinį. Be to, kai kurios medžiagos gali prasiskverbti į koacervacinių lašelių paviršių. Padalijus terpę į lašelius, kaupiasi ribotas medžiagos tūris ir vyksta tam tikros cheminės reakcijos.
Mokslininkai nustatė lašelio gimimo termodinamiką, tačiau tuo pat metu jie vis dar nesupranta, kaip jis auga ir dauginasi, tai yra, jis turi pagrindinių savybių, būdingų gyvam organizmui. Visuotinai pripažįstama, kad lašelių augimas atsiranda dėl medžiagos įsisavinimo iš prisotintos terpės arba kondensacijos proceso - tirpios medžiagos pernešimo iš mažų dalelių į dideles daleles (šis procesas vadinamas Ostvaldo nokinimu). Tokiu atveju maži lašeliai išnyksta, lieka tik dideli. Be to, mokslininkai pripažįsta, kad maži lašeliai gali sujungti ir sudaryti didelius. Laikui bėgant, visi šie procesai lemia lašelių dydžio padidėjimą ir jų skaičiaus sumažėjimą, nors protoelementas, pasiekęs tam tikrą dydį, turi padalyti į dvi dalis.
Mokslininkai hipotezuoja, kad koazeruoti lašai, išlaikomi toli nuo termodinaminės pusiausvyros su cheminiu kuru, gali turėti neįprastų savybių, pvz., Gali būti slopinamas Ostvaldo nokinimas vykstant cheminėms reakcijoms, kai stabiliai gali egzistuoti keli lašeliai su tam tikru dydžiu, kurį suteikia greitis reakcijos. Šiuo atveju sferiniai lašai, kurie patiria chemines reakcijas, atsitiktine tvarka yra padalijami į du mažesnius to paties dydžio lašelius. Mokslininkai teigia, kad tokiu būdu chemiškai aktyvūs lašeliai gali augti ir dalintis, todėl daugintis, naudodami gaunamą medžiagą kaip kurą. Todėl, esant cheminėms reakcijoms, kurias sukelia išoriniai šaltiniai, lašeliai elgiasi kaip ląstelės. Tokie aktyvūs lašeliai gali būti vienaląsčių ląstelių, turinčių primityvų metabolizmą, augimo ir dalijimosi modeliai, tai yra paprasta cheminė reakcija, palaikoma išorinio kuro.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šie lašeliai yra savotiškas rezervuaras tam tikrų cheminių reakcijų erdviniam organizavimui. Lašams atsirasti būtina fazes atskirti į dvi skirtingos sudėties skystas fazes, egzistuojančias viena šalia kitos. Fazės yra padalintos dėl molekulinio veikimo, kurio metu panašios molekulės sumažina savo energiją, būdamos arti viena kitos. Skystis gali stratifikuotis, jei dėl sumaišymo sumažėjęs energijos kiekis, susijęs su molekuliniais veiksmais, panaikina didėjančio chaoso poveikį. Jei tokia sąveika yra pakankamai stipri, susidaro paviršius, kuris atskiria kartu egzistuojančias fazes. Jei paviršiaus medžiaga susidaro ir sunaikinama cheminių reakcijų dėka, lašeliai gali tapti reaktyvūs.
Taigi, pavyzdžiui, jei atsižvelgsime į paprasto kritimo modelį, matysime, kad jame yra minimalus būtinų sąlygų, kad susidarytų ir padaugėtų koacervatinis kritimas, fazių sąsaja, dvi fazės, taip pat išorinis energijos šaltinis, kuris saugo sistemą nuo termodinaminės pusiausvyros būsenos. … Lašelis susidaro dėl D-lašelių medžiagos, susidarančios lašelio viduje iš didelės energijos turinčios medžiagos N, kuri veikia kaip maistinė medžiaga. Lašelio medžiaga sugeba suskaidyti į mažesnės energijos komponentus W (atliekas), kurie, pasklidę, palieka lašelį. Lašas gali išgyventi, kai nuolat tiekiama N, o pastovus W pašalinimas - tai gali būti pasiekta pakartotinai naudojant N cirkuliaciją naudojant išorinį energijos šaltinį, ypačsaulės spinduliai ar tam tikras kuras.
Tyrimo autoriai mano, kad aktyvių lašelių fizika yra gana paprasta. Lengviausia suprasti pavyzdžiu, kuriame yra du komponentai A ir B. Kai lašelio B fazė atsiskiria nuo tirpiklio, ji dėl atsitiktinės cheminės reakcijos gali būti atsitiktinai paversta A tipo molekulėmis, kurios tirpsta foniniame skystyje. Lieka lašas. Atvirkštinė reakcija A-B nebėra savaiminė, nes B energija yra didesnė nei A. Naujų lašelių medžiagos B galima gauti vykdant reakciją A + C-B + C, susijusią su degalais. Šiuo atveju C yra degalų molekulių mažai energijos vartojančios reakcijos produktas. Degalai sukuria cheminį potencialo skirtumą, o tai leidžia pasiekti B būseną su didele energija iš mažesnės energijos būsenos A. Potencialų skirtumas gali būti pastovus, jeijei C koncentracijas jose pateikia išorinis rezervuaras. Tokiu atveju sistema laikoma toli nuo termodinaminės pusiausvyros būklės.
Mokslininkai taip pat ištyrė fazių atskyrimo ir nesubalansuotų cheminių reakcijų derinį tęstiniame modelyje. Tyrėjai išsiaiškino, kad chemiškai aktyvūs sferiniai lašeliai gali būti nestabilūs ir suskaidyti į du mažesnius lašelius. Iš pradžių lašas auga, kol pasiekia nejudančio dydžio. Po to jis pailgėja, formuojant hantelio formą. Tada šis hantelis padalijamas į du mažesnius to paties dydžio lašelius. Galų gale mažesni lašeliai vėl pradeda augti, kol susidaro naujas skyrius.
Kaip pažymi mokslininkai, jų modeliuojamus reiškinius galima tiesiogiai stebėti eksperimente. Pasak tyrėjų, lašelių nestabilumas, kurį sukelia išorinis energijos antplūdis ir dėl kurio atsiranda lašelių dalijimasis, gali būti lyginamas su Mullins-Sekerki nestabilumu, kuris dažnai aptariamas kristalų augimo kontekste. Tačiau, priešingai nei ji, nejudantis neaugantis lašelis taip pat gali atsirasti nestabiliai.
Šiuolaikinės ląstelės turi tam tikras chemines struktūras, kurios nėra atskirtos nuo ląstelės citoplazmos membrana. Jie susidaro atskiriant fazes nuo citoplazmos. Dauguma jų yra skysti ir susideda iš RNR jungiančių baltymų ir RNR molekulių. Remiantis RNR pasaulio hipoteze, ankstyvaisiais gyvenimo laikotarpiais RNR buvo ir genetinės informacijos nešiotoja, ir vaidino ribozimo vaidmenį. Tikėtina, kad RNR derinio su paprastais peptidais pakako koacervuotų lašelių susidarymui.
Kaip pažymi tyrimo autoriai, chemiškai aktyvių lašelių transformacija ląstelėje, kuri dalijasi pirmą kartą, yra didelė ankstyvojo evoliucijos proceso supratimo problema. Skirtingai nuo išorinių ir vidinių lašelių laikmenų, šių terpių sąsaja yra amfifilinė. Tie lipidai, kurie neturi ryšio su lašelio vidine ir išorine aplinka, gali kauptis amfifiliniame paviršiuje, jei jie yra koacervuotų lašelių išorinėje aplinkoje. Ekspertų teigimu, membranos koacervatyvuose galėjo atsirasti daug anksčiau, nei įvyko pirmas vienaląsčių ląstelių padalijimas.