חוקרי LMU הראו מנגנון אפשרי לתהליכים מטבוליים ללא ממברנות תאים בנקבוביות מלאות מים.
כשמסתכלים על החיים כיום, קשה לדמיין עד כמה תהליכים ומבנים ביולוגיים מורכבים היו יכולים להתפתח מאבני בניין פשוטות. נראה כי כל התהליכים והתגובות הסלולריות תלויים זה בזה ומופיעים בהכרח בתוך קרום התא. אין אורגניזם ידוע החורג מתבנית זו. אבל איך זה קרה?
כיצד נוצרת קרום תאים ללא חילוף חומרים? או לעומת זאת, כיצד מתעורר חילוף החומרים ללא קרום תא? בעיית עוף וביצה קלאסית זו מטופלת במחקר שפורסם לאחרונה פיזיקה טבעית על ידי חוקרים מהצוות של LMU פרופסור דיטר בראון.
תאים ללא קרום
במאמרם, החוקרים מראים כי זרימת חום פשוטה על פני נקבוביות דקות ומלאות מים יכולה לצבור מגוון רחב של מולקולות עם תכונות כימיות ופיזיות שונות, ולאפשר למולקולות אלה ליצור אינטראקציה וליצור תגובות במרחב מוגבל, אפילו בהיעדר קרום תא. בפרוטוקול פשוט מאוד זה, יש שיפוע תרמי שמשתלט על פונקציות קרום התא, אך עדיין לא שום גבול פיזי בין התגובה למים המדוללים.
החקירות שלנו מראות כי מנגנון פיזי פשוט זה, שהיה נפוץ מאוד בכדור הארץ המוקדם, יכול לבצע פונקציות רבות שבדרך כלל ידרוש קרום תאים. "
דיטר בראון, החוקר הראשי של המחקר
מהתוצאות עולה כי נקבוביות סלע מחוממות יכולות היו להיות התפאורה הטבעית בה צצו תאים ביולוגיים.
מקור החיים המדומים במעבדה
כאשר מופעל שיפוע טמפרטורה על פני נקבובית דקה ומלאת מים, מרבית המולקולות המדוללות מצטברות בתחתית הנפה, לכיוון הצד הקר. הצוות הדמה סביבה זו במעבדה באמצעות תאים בהתאמה אישית המורכבת מגליון מים דק, מכוסה בין צלחות שקופות אופטיות.
לצורך הניסוי, החוקרים בדקו את הנסיבות בהן נוצר חלבון פלואורסצנטי ירוק-סופר-נקרא (SFGFP). התערובת בתאים הכילה למעלה ממאה רכיבים שונים, החל מחומצות אמינו ונוקלאוטידים – אבני הבניין של חלבונים ו- RNA – לריבוזומים ופולימראזות – מכונות מולקולריות מתמחות ביותר שנמצאות בכל האורגניזמים החיים.
"כאשר היא מדוללת יתר על המידה, התגובה הופכת לא פעילה ואינה יכולה לייצר את חלבון הסמן", אומר בראון. עם זאת, עם דגירה ב"חדר תרמי ", הרכיבים מצטברים לרמה מספקת כדי לאפשר לתגובה להתחיל ולסנתז את SFGFP.
אפשרויות חדשות לביוטכנולוגיה
"בעוד שהעיצוב הניסוי מוגבל כרגע על ידי הפרמטרים הפיזיים של החדר, כמו גם על הפרש הטמפרטורה שניתן להשיג, זה לא היה יכול להיות נושא על כדור הארץ המוקדם, שם נוכחות בכל מקום של נקבוביות מלאות מים מכל הצורות והגדלים הייתה מספקת מגוון רב מבחינת מכולות התגובה הפרביוטיות", אומר אלכסנדר פלורוני, מוליך העיתון.
הממצאים מספקים תובנות חדשות לגבי האפשרות של חילוף החומרים לפני אנקפסולציה בממברנות והופעת חיי התא. יתר על כן, הם מציעים גישות חדשות לביוטכנולוגיה ליצירת ישויות חי סינתטיות במעבדה. "לפני עכשיו, יצירת תא סינטטי שמזין את עצמו על פני הממברנה ומיישם חלוקת תאים לצמיחה היה מכשול מרכזי", מסביר בראון. "המחקר שלנו מראה כיצד נוכל לעקוף את המכשול הזה בעתיד."
