Totul s-a declanşat atunci când ceva a început să se descompună. În urmă cu peste 3,5 miliarde ani, undeva pe Pământ o bulă de grăsime s-ar fi descompus spontan în părţi mai mici, ducând astfel la apariţia capacităţii de automultiplicare.
Acestea sunt afirmaţiile susţinute de Jack Szostak de la Institutul Medical Howard Hughes din Boston care a demonstrat în laborator faptul că această diviziune simplă există. Versiuni ale acestui proces se regăsesc la mai multe bacterii existente astăzi, sprijinind veridicitatea teoriei. De asemenea, pentru ca diviziunea celulară simplificată să aibă loc nu este necesară prezenţa niciunei gene şi nici a mecanismului complex pe care celulele moderne îl folosesc pentru a se divide, lucru care sugerează că această diviziune ar fi existat înainte ca mecanismele vii să apară.
Nu putem afirma cu certitudine că evenimentele s-au petrecut în acest fel, afirmă Jeff Errington de la Universitatea Newcastle din Marea Britanie. "Dar explicaţia este una foarte plauzibilă".
Tolerând viruşii, toate organismele lumii moderne sunt construite din celule care se divid prin intermediul unui proces care stă la baza capacităţii lor de a creşte şi de a se reproduce.
Pentru a înţelege modul în care aveau loc cu mult timp în urmă procesele care stau la baza vieţii, Szostak a petrecut ani la rând încercând să creeze o protocelulă similară cu cea care ar fi precedat apariţia primelor celule pe Pământ. El se concentrează pe acizii graşi. Atunci când aceştia sunt dizolvați în apă, aceste molecule organice se pot grupa formând bule asemănătoare cu primele protocelule. În urmă cu câţiva ani, echipa sa a constatat că atunci când au continuat să adauge acizi graşi, bulele au format tuburi lungi, subţiri. Tuburile erau fragile şi se puteau divide cu uşurinţă dând naştere unor elemente fiice, o formă imatură a procesului de diviziune celulară.
Descoperirea făcută reprezintă un model plauzibil al modului în care avea loc diviziunea celulară la început, în ciuda faptului că bulele nu dispun de nici o modalitate de a produce un surplus de acizi graşi şi prin urmare proviziile naturale ar fi limitate.
Szostak a descoperit acum o modalitate de a declanşa diviziunea celulară fără să alimenteze aceşti acizi graşi. Prin evaporarea soluţiei în care plutesc bulele, el a reuşit să le determine să îşi mărească dimensiunile şi să se dividă (Journal of American Chemical Society, doi.org/j48).
Oul vieţii în supa primordială (concepţie artist)
credit: http://ivankorsario.deviantart.com
În loc să necesite o sursă externă de acizi graşi, protocelulele primitive au nevoie doar de un mediu mic cald în care să plutească, similar cu cel în care Darwin a presupus că ar fi început viaţa, afirmă Szostak. Atunci când soarele străluceşte face ca apa să se evapore şi acizii graşi să devină mai concentraţi determinând protocelula să se dividă.
Este posibil să fie acesta modul în care a început diviziunea celulară pe Pământ? Bulele lui Szostak sunt toate constituite din aceeaşi acizi graşi simpli, întrucât la început Pământul a fost probabil acoperit de un amestec de molecule înrudite, avertizează Armen Mulkidjanian de la Universitatea din Osnabrück, Germania. Ar fi ideal să putem verifica dacă bulele constituite din astfel de amestecuri, de asemenea se divid atunci când concentraţiile de acizi graşi sunt ridicate. Dar Armen Mulkidjanian consideră că probabil lucrurile se petrec în acest fel şi că în general rezultatele obţinute de Szostak ar trebui să fie aplicabile.
Un chestiune controversată mai importantă este dacă bulele ar fi existat vreodată, afirmă Jeffrey Bada de la Institutul de Oceanografie Scripps din La Jolla, California. Chiar şi pe uscat, este posibil ca apa să fi fost prea sărată sau prea acidă pentru ca acestea să fie stabile.
Comportamentul bacteriilor rezistente la antibiotic sprijină ideea lui Szostak. Aproape toate bacteriile au pereţi exteriori rigizi, care reprezintă ţinta mai multor antibiotice. Ca răspuns la prezenţa medicamentelor, unele bacterii îşi izolează pereţii exteriori, transformându-i în bule amorfe. Errington a constatat că acestea se divid apoi în mod diferit: în cazul unora se produce înmugurirea unor bule mai mici, altele creează bule în interior care în cele din urmă sunt eliberate ca celulele fiice, iar altele îşi extind un tub lung care se desparte în celule fiice mici, la fel ca bulele lui Szostak (Open Biology, DOI : 10.1098/rsob.120143).
"Similitudinile existente între activitatea lui Jeff Errington şi observaţiile noastre privitoare la diviziunea bulelor filamentoase sunt izbitoare," afirmă Szostak. Mulkidjanian susţine că diviziunea celulară simplă descrisă de Errington ar putea fi o relicvă a modului în care celulele s-au reprodus cu miliarde de ani în urmă.
Errington a constatat de asemenea că bacteriile care nu au pereţi se pot divide în continuare chiar dacă toate genele implicate în acest proces au fost şterse. Ca şi în cazul bulelor lui Szostak, diviziunea lor pare să se bazeze exclusiv pe proprietăţile fizice ale membranei, sugerând că este posibil ca protocelulele de la început să nu fi necesitat un genom complex pentru a se reproduce (Cell Reports, doi.org/j5n).
"Dacă în urma îndepărtării unei gene, celula moare, devine foarte clar care este lucrul esenţial", afirmă geneticianul Craig Venter, care încearcă să creeze prin intermediul ingineriei o particulă care mimează una sau mai multe funcţii ale celulei biologice prin eliminarea genelor neesenţiale. El numeşte constatările făcute de Szostak ca fiind "fascinante".
Dacă aceste bule care se divid stau într-adevăr la baza vieţii pe Pământ, unde s-au format? Bulele lui Szostak se formează doar în apă dulce. El şi Mulkidjanian bănuiesc că primele protocelule au apărut în iazuri puţin adânci aflate pe primele continente apărute pe Pământ, nu în mare, aşa cum de multe ori presupun cercetătorii care studiază originea vieţii.
Anul trecut Mulkidjanian a publicat dovezi care sprijină ideea că bazinele de apă rece aflate pe câmpurile geotermale sunt candidați buni. Ele conțin o mulțime de substanţe chimice esenţiale, cum ar fi ionii de fosfor şi metal, punându-le la dispoziţie aceeaşi alcătuire chimică ca şi interioarele celulelor contemporane (New Scientist, 18 februarie 2012, p. 6).
Astfel de iazuri ar fi trecut prin cicluri de evaporare datorate luminii provenite de la soare făcând substanţele dizolvate mai concentrate şi diluându-le cu ajutorul ploii creând astfel condiţii optime pentru ca bulele lui Szostak să se dividă. Acest lucru nu s-ar întâmpla în ocean care este prea mare pentru ca evaporarea să aibă un efect semnificativ.
Deşi mulţi cercetători rămân subiectivi în privinţa originii marine a vieţii, Szostak este de acord cu Mulkidjanian: "Dacă este nevoie de evaporare, de apă proaspătă şi de fluctuaţii de temperatură, atunci cred că avem un argument puternic pentru un mediu terestru geotermic activ."
Crearea vieţii din petrol
Nu doar celulele primitive se pot divide şi reproduce. Şi petrolul poate să facă acest lucru.
Martin Hanczyc de la University of Southern Denmark a constatat anterior că picăturile de nitrobenzen se pot deplasa cu ajutorul produselor chimice existente în mediul lor. De fapt, alimentate de "alimente". Dar acestea nu au multiplicat sau transmis gene.
El le-a oferit acum o rampă astfel încât să se poată reproduce. Picăturile noi conţin un agent tensioactiv care reduce tensiunea de suprafaţă a lichidelor şi are o sarcină pozitivă. Dacă bulele sunt plasate într-un lichid care conţine un agent tensioactiv încărcat negativ, cei doi agenţi tensioactivi se atrag reciproc la limita de separaţie a picăturii, determinând-o să se dividă. Adăugarea de sare le determină să fuzioneze. Prin alternarea fisiunii cu fuziunea "ciclul de viaţă" poate continua la nesfârşit.
Echipa intenţionează să creeze un sistem genetic simplu pentru ca picăturile să poată sinteza agenţi tensioactivi şi să le permită să controleze momentul în care se divid. Dacă cercetătorii vor reuşi să facă acest lucru, picăturile vor putea să evolueze.
Probabil că astfel de picături nu au existat pe Pământ, dar există posibilitatea ca acestea să se formeze pe alte planete. Cu toate acestea, importanţa lor ar putea sta în crearea materialelor care se auto-repară şi care răspund la schimbările de mediu.
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului bubbles-of-fat-hint-at-origin-of-reproduction, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Ecaterina Pavel
