בשלב מסוים במהלך התפתחות החיים על פני כדור הארץ, חומר אורגני הפך לאורגני, חומר שאינו חי התגורר. איך זה קרה הוא אחת התעלומות הגדולות של האנושות. כיום מדענים פועלים לפיתוח תאים סינתטיים המחקים תאים חיים, בתקווה לחשוף רמזים שיעזרו לענות על השאלה: כיצד החלו החיים על פני האדמה?
אמנם אין הגדרה אחת לחיים, אך שלושה אלמנטים חוזרים על פני הביולוגיה:
- מידור – מחסום המפריד בין פנים התא מהסביבה;
- מטבוליזם – בניית ופירוק מולקולות לביצוע תפקוד התא; וכן
- בחירה – תהליך בו מולקולות מסוימות מועדפות על פני אחרות.
בעבר, החוקרים התמקדו במירה, אך לא במטבוליזם. עם זאת, מחזור זה של בנייה ופירוק מולקולות הוא היבט קריטי של האופן בו תאים חיים מגיבים לגירויים סביבתיים, משכפלים ומתפתחים.
כעת חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה סן דייגו עיצבו מערכת המסנתזת ממברנות תאים ומשלבת פעילות מטבולית. עבודתם מופיעה ב כימיה טבעית ומוצג על שער גיליון יוני 2025.
תאים חסרי רשת מטבולית תקועים – הם לא מסוגלים לשפץ מחדש, לצמוח או לחלק. החיים כיום מתפתחים מאוד, אך אנו רוצים להבין אם חילוף החומרים יכול להתרחש במערכות כימיות פשוטות מאוד, לפני שהתרחשה התפתחות הביולוגיה המורכבת יותר. "
ניל דוואראג ', יו"ר מוריי גודמן הוענק לכימיה וביוכימיה ב- UC סן דייגו והחוקר הראשי על העיתון
ליפידים הם תרכובות שומניות הממלאות תפקיד מכריע בתפקודי תאים רבים. בתאים חיים, ממברנות השומנים משמשים כמחסומים, ומפרידים בין תאים מהסביבה החיצונית. ממברנות השומנים הן דינאמיות, המסוגלות לשפץ את עצמן בתגובה לדרישות הסלולריות.
כצעד מכריע בהבנת אופן התפתחותם של תאים חיים, המעבדה של Devaraj עיצבה מערכת בה ליפידים יכולים לא רק ליצור ממברנות, אלא באמצעות חילוף חומרים, יכולים גם לפרק אותם. המערכת שיצרו הייתה אביוטי, כלומר נעשה שימוש רק בחומר שאינו חי. זה חשוב בסיוע להבין כיצד החיים צצו על פני האדמה הפרביוטי, כאשר היו רק חומר שאינו חי.
"אנו מנסים לענות על השאלה הבסיסית: מהן המערכות המינימליות שיש להן את תכונות החיים?" אמר אלסנדרו פרצ'סי, מלומד פוסט -דוקטורט במעבדה של דוואראג 'ובסופר הראשון בעיתון.
המחזור הכימי שיצרו משתמש בדלק כימי להפעלת חומצות שומן. לאחר מכן חומצות השומן מזוגות עם ליזופוספוליפידים, המייצרים פוספוליפידים. פוספוליפידים אלה יוצרים באופן ספונטני ממברנות, אך בהיעדר דלק הם מתפרקים וחוזרים לחומצת השומן ולרכיבים ליזופוספוליפידים. המחזור מתחיל מחדש.
כעת, לאחר שהראו שהם יכולים ליצור קרום תאים מלאכותי, הם רוצים להמשיך להוסיף שכבות של מורכבות עד שיצרו משהו שיש בו הרבה יותר מהמאפיינים שאנו מקשרים ל"חיים ".
"אנחנו יודעים הרבה על תאים חיים ומה הם עשויים", הצהיר פרצ'סי. "אבל אם הפרת את כל הרכיבים הנפרדים, אנחנו לא ממש מבינים כיצד להרכיב אותם כדי לגרום לתא לתפקד כמו שהוא. אנחנו מנסים לשחזר תא פרימיטיבי ועם זאת פונקציונלי, שכבה אחת בכל פעם."
בנוסף לשפיכת אור על האופן בו החיים החלו בסביבה אביוטי, התפתחות של תאים מלאכותיים יכולה להיות בעלת השפעה בעולם האמיתי. מסירת תרופות, ייצור ביולוגי, תיקון סביבתי, חיישנים ביומימטיים הם כל האפשרויות בעשורים הקרובים כאשר אנו ממשיכים להעמיק את ההבנה שלנו כיצד היו החיים על כדור הארץ.
"יתכן שלא נראה התקדמות מסוג זה במשך 10 או 20 שנה", ציין דוואראג '. "אבל עלינו לעשות את העבודה היום, כי עדיין יש לנו כל כך הרבה מה ללמוד."
מחברים: אלסנדרו פרצ'סי, אנדרס סואן, הונג-גון לי, אלכסנדר הרג'ונג וניל ק. דוואראג '(כולם סן דייגו); ורוברטו ג'יי ברה (Universidade da Coruña (ספרד)).
עבודה זו מומנה על ידי הקרן הלאומית למדע (CHE-2304664).
