Prima che la vita iniziasse sulla Terra, l'ambiente probabilmente conteneva un numero enorme di sostanze chimiche che reagivano tra loro in modo più o meno casuale, e non è chiaro come la complessità delle cellule possa essere emersa da tale caos chimico. Ora, un team guidato da Tony Z. Jia presso il Tokyo Institute of Technology e Kuhan Chandru della National University of Malaysia ha dimostrato che semplici α-idrossiacidi, come l'acido glicolico e lattico, polimerizzano spontaneamente e si autoassemblano in microgoccioline di poliestere quando essiccate a temperature moderate seguite da reidratazione. Questo potrebbe essere quello che è successo lungo le spiagge primitive e gli argini dei fiumi, o nelle pozzanghere essiccanti. Questi formano un nuovo tipo di compartimento cellulare che può intrappolare e concentrare biomolecole come acidi nucleici e proteine. Queste goccioline, a differenza della maggior parte delle cellule moderne, sono in grado di fondersi e riformarsi facilmente, e quindi avrebbe potuto ospitare versatili sistemi genetici e metabolici precoci potenzialmente critici per le origini della vita.

Tutta la vita sulla Terra è composta da cellule. Le cellule sono composte da lipidi, proteine ​​e acidi nucleici, con il lipide che forma la membrana cellulare, un involucro che tiene insieme gli altri componenti e si interfaccia con l'ambiente, scambio di cibo e rifiuti. Come si siano formati in origine assemblaggi molecolari complessi come le cellule rimane un mistero.

La maggior parte delle origini della ricerca sulla vita si concentra su come le molecole e le strutture della vita sono state prodotte dall'ambiente, e poi assemblati in strutture che portavano alle prime celle. Però, c'erano probabilmente molti altri tipi di molecole che si sono formate insieme alle biomolecole sulla Terra primordiale, ed è possibile che la vita abbia iniziato usando una chimica molto semplice non correlata alle moderne biomolecole, poi si è evoluto attraverso fasi sempre più complesse per dare origine alle strutture che si trovano nelle cellule moderne.

Il lavoro precedente condotto presso ELSI ha mostrato che l'essiccazione a temperatura moderata dei semplici composti organici noti come alfa-idrossiacidi, che si trovano nei meteoriti e in molte simulazioni di chimica prebiologica, li polimerizza spontaneamente in miscele di poliesteri lunghi. Basandosi su questo lavoro, Jia e colleghi hanno fatto il passo successivo ed hanno esaminato queste reazioni al microscopio, e hanno scoperto che questi sistemi misti di poliestere formano una fase gel e si autoassemblano spontaneamente quando vengono nuovamente bagnati per formare semplici strutture simili a cellule.

L'aspetto più impegnativo di questo lavoro è stato ideare nuovi metodi per caratterizzare le proprietà e le funzioni delle goccioline, poiché nessuno aveva analizzato tali sistemi prima. Jia ha notato che il team è stato fortunato ad avere una tale diversità di competenze multidisciplinari, compresi i chimici, biochimici, scienziati dei materiali e geologi. Dopo aver determinato la loro composizione e aver mostrato la loro propensione ad autoassemblarsi, la domanda successiva era se queste strutture simili a cellule potessero essere in grado di fare qualcosa di chimicamente utile. Le moderne membrane cellulari svolgono molte funzioni cruciali che aiutano a mantenere la cellula, Per esempio, trattenere macromolecole e metaboliti in un unico luogo, oltre a fornire un ambiente interno costante, che può essere molto diverso da quello esterno alla cellula. Hanno prima misurato quanto fossero stabili queste strutture e hanno scoperto che potevano persistere per periodi molto lunghi a seconda delle condizioni ambientali, ma potrebbe anche essere fatto fondere e fondere.

Hanno quindi testato la capacità di queste strutture di sequestrare molecole dall'ambiente e hanno scoperto che accumulavano grandi molecole di colorante in misura notevole. Hanno quindi dimostrato che queste goccioline potrebbero anche ospitare molecole di RNA e proteine ​​e consentire ancora loro di essere funzionalmente catalitiche. Ulteriore, il team ha dimostrato che le goccioline potrebbero aiutare nella formazione di uno strato lipidico sulla loro superficie, suggerendo che avrebbero potuto aiutare la formazione di protocellule dell'impalcatura.

Jia e colleghi non sono sicuri che queste strutture siano i diretti antenati delle cellule, ma pensano che sia possibile che tali goccioline abbiano consentito l'assemblaggio di protocelle sulla Terra. Il nuovo sistema di compartimentazione che hanno trovato è estremamente semplice, notano, e potrebbe formarsi facilmente in ambienti primitivi in ​​tutto l'universo. Dice Jia, "Questo ci permette di immaginare sistemi non biologici sulla Terra primordiale che avrebbero potuto ancora avere un ruolo nelle origini della vita. Ciò suggerisce che potrebbero esserci molti altri sistemi non biologici che dovrebbero essere oggetto di future indagini di questo tipo". Ritiene che lo sviluppo di questi o di sistemi modello simili potrebbe consentire uno studio migliore dell'evoluzione di diversi sistemi chimici rappresentativi delle complesse sostanze chimiche che si possono trovare sui corpi planetari primitivi.

"La Terra primordiale era certamente un posto disordinato dal punto di vista chimico, "Jia spiega, "e spesso, la maggior parte delle origini degli studi sulla vita si concentra su biomolecole moderne in condizioni relativamente "pulite". Forse è importante prendere queste miscele "disordinate" e vedere se ci sono funzioni o strutture interessanti che possono derivare da esse spontaneamente." Gli autori ora pensano che aumentando sistematicamente la complessità chimica di tali sistemi, potranno osservare come si evolvono nel tempo ed eventualmente scoprire proprietà divergenti ed emergenti.

"Abbiamo questo nuovo sistema sperimentale con cui ora possiamo giocare, così possiamo iniziare a studiare fenomeni come l'evoluzione e l'evolvibilità di queste goccioline. Le possibili combinazioni di strutture o funzioni che queste goccioline potrebbero avere sono pressoché infinite. Se le regole fisiche che governano la formazione delle goccioline sono di natura abbastanza universale, poi speriamo di studiare sistemi simili per scoprire se possono anche formare microgoccioline con nuove proprietà, "aggiunge Gia.

Finalmente, mentre il team è attualmente concentrato sulla comprensione delle origini della vita, notano che questa ricerca di base potrebbe avere applicazioni in altre aree, Per esempio, consegna di farmaci e medicina personalizzata. "Questo è solo un meraviglioso esempio dei modi inaspettati in cui i progetti possono svilupparsi quando un team di diversi scienziati provenienti da tutto il mondo si riunisce per cercare di comprendere fenomeni nuovi e interessanti, " ha detto il membro del team Jim Cleaves, anche di ELSI.