Həyatın mənşəyi ilə bağlı cavabsız qalan suallardan biri də ilkin şorbanın ətrafında üzən RNT damcılarının hüceyrə dediyimiz membranla qorunan həyat paketlərinə necə çevrilməsidir.

Çikaqo Universitetinin Pritzker Molekulyar Mühəndislik Məktəbinin (UChicago PME), Hyuston Universitetinin Kimya Mühəndisliyi Departamentinin mühəndisləri və UÇikaqo Kimya Departamentinin bioloqları tərəfindən hazırlanmış yeni bir məqalə həll yolu təklif etdi.

Science Advances -də dərc olunan məqalədə , UChicago PME-nin doktoranturadan sonrakı tədqiqatçısı Aman Agrawal və onun həmmüəllifləri, o cümlədən, UChicago PME Dekanı Metyu Tirrell və Nobel mükafatı laureatı bioloq Cek Szostak yağış suyunun protocelllər ətrafında mesh divar yaratmağa necə kömək edə biləcəyini göstərir.8. milyard il əvvəl, kiçik RNT muncuqlarından indiyə qədər yaşamış hər bir bakteriya, bitki, heyvan və insana keçiddə kritik bir addım idi.

“Bu, fərqli və yeni bir müşahidədir” dedi Tirrell.

Tədqiqat zülallar, lipidlər və RNT kimi mürəkkəb molekulların təbii olaraq meydana gələn “koaservat damcıları”na baxır. Suda yemək yağı damcıları kimi davranan damlacıqlar uzun müddətdir ki, ilk protocelllər üçün namizəd kimi görünürdü. Amma problem var idi. Bu damcıların bir-birləri arasında molekul mübadiləsi apara bilməməsi təkamülün əsas addımı deyildi, problem onların bunu çox yaxşı və çox sürətli etmələri idi.

Tərkibində yeni, potensial faydalı RNT mutasiyası olan hər hansı damcı bu RNT-ni bir neçə dəqiqə ərzində digər RNT damcıları ilə mübadilə edəcək, yəni onların hamısı eyni olacaq. Heç bir fərq və rəqabət olmayacaq, yəni təkamül olmayacaq.

Və bu, həyatın olmaması deməkdir.

“Əgər molekullar davamlı olaraq damlacıqlar və ya hüceyrələr arasında mübadilə edərsə, qısa müddətdən sonra bütün hüceyrələr bir-birinə bənzəyəcək və təkamül olmayacaq, çünki siz eyni klonlara sahibsiniz” dedi Agrawal.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1724271290&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-life-rainwater-protocell-walls.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl1dLDBd&dt=1724271073976&bpp=1&bdt=495&idt=291&shv=r20240815&mjsv=m202408130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724271175%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724271175%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1433223970898&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2247&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C95334828%2C31086337%2C31086141&oid=2&pvsid=964729435291475&tmod=8859146&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Həll mühəndisliyi

Həyat təbiətinə görə fənlərarasıdır, ona görə də UÇikaqonun Çikaqo Həyatın Mənşəyi Mərkəzinin direktoru Szostak, UChicago PME, UÇikaqonun fənlərarası molekulyar mühəndislik məktəbi və Hyuston Universitetinin kimya mühəndisliyi şöbəsi ilə əməkdaşlıq etməyin təbii olduğunu söylədi.

“Mühəndislər uzun müddətdir ki, bu tip komplekslərin fiziki kimyasını və ümumiyyətlə polimer kimyasını öyrənirlər. Mühəndislik məktəbində təcrübənin olması məntiqlidir” dedi Szostak. ” Həyatın mənşəyi kimi bir şeyə baxdığımızda , bu, o qədər mürəkkəbdir və o qədər çox hissə var ki, hər hansı müvafiq təcrübəyə malik olan insanlara cəlb etmək lazımdır.”

2000-ci illərin əvvəllərində Szostak RNT-yə inkişaf edən ilk bioloji material kimi baxmağa başladı. Bu, DNT və ya zülallara həyatın ən erkən molekulları kimi baxan tədqiqatçıları uzun müddət mane olan problemi həll etdi.

“Bu, toyuq-yumurta probleminə bənzəyir. İlk nə gəldi?” Aqraval bildirib. “DNT məlumatı kodlayan molekuldur, lakin heç bir funksiyanı yerinə yetirə bilməz. Zülallar funksiyaları yerinə yetirən molekullardır, lakin heç bir irsi məlumatı kodlaşdırmırlar.”

Szostak kimi tədqiqatçılar, RNT-nin Aqravalın sözləri ilə desək, “hər şeyin qayğısına qalması” ilə birinci gəldiyini, zülalların və DNT-nin ondan yavaş-yavaş inkişaf etdiyini nəzəriyyə etdilər.

Agrawal, “RNT, DNT kimi məlumatı kodlaya bilən bir molekuldur, lakin o, eyni zamanda zülallar kimi qatlanır ki, kataliz kimi funksiyaları da yerinə yetirə bilsin” dedi.

RNT ilk bioloji material üçün ehtimal namizəd idi. Koacervat damcıları ilk protocelllər üçün ehtimal namizədlər idi. RNT-nin erkən formalarını ehtiva edən koaservat damcıları təbii növbəti addım kimi görünürdü.

Bu, Szostak bu nəzəriyyəyə soyuq su tökənə qədər , 2014-cü ildə koaservat damcılarındakı RNT-nin çox sürətlə mübadilə etdiyini göstərən bir məqalə nəşr etdi.

“Müxtəlif tipli koaservatlardan hər cür damcı yarada bilərsiniz, lakin onlar ayrı şəxsiyyətlərini qoruyub saxlamırlar. Onlar öz RNT məzmunlarını çox sürətlə mübadilə etməyə meyllidirlər. Bu, uzun müddətdir davam edən problemdir”, – Szostak deyib.

“Bu yeni məqalədə göstərdiyimiz şey odur ki, siz bu koaservat damcılarını distillə edilmiş suya (məsələn, yağış suyu və ya istənilən növ şirin suya) köçürməklə bu problemin ən azı bir hissəsini dəf edə bilərsiniz və onlar damcıların ətrafında bir növ sərt dəri əldə edirlər. onları RNT məzmunu mübadiləsini məhdudlaşdırır.”

“Fikirlərin kortəbii yanması”

Agrawal fəlsəfə doktoru olduğu müddətdə distillə edilmiş suya koacervat damcılarını köçürməyə başladı . Hyuston Universitetində onların elektrik sahəsi altında davranışlarını öyrənən tədqiqat . Bu nöqtədə, tədqiqatın həyatın mənşəyi ilə heç bir əlaqəsi yox idi, sadəcə olaraq füsunkar materialı mühəndislik nöqteyi-nəzərindən öyrənmək idi.

“Mühəndislər, xüsusən Kimya və Materiallar, fazalararası gərginlik, yüklənmiş polimerlərin rolu, duz, pH nəzarəti və s. kimi material xüsusiyyətlərini necə idarə etmək barədə yaxşı biliyə malikdirlər ” dedi Hyuston Universitetinin professoru Alamgir Kərim, Agrawalın keçmiş dissertasiya məsləhətçisi və yeni məqalənin böyük həmmüəllifidir. “Bunların hamısı “kompleks mayelər” kimi tanınan dünyanın əsas aspektləridir – şampun və maye sabunu düşünün.”

Agrawal Ph.D zamanı koacervatların digər fundamental xassələrini öyrənmək istəyirdi. Bu, Kərimin təhsil sahəsi deyildi, lakin Kərim onilliklər əvvəl Minnesota Universitetində dünyanın ən yaxşı ekspertlərindən biri olan Tirrell-in rəhbərliyi altında çalışmışdı, sonra o, UÇikaqo Pritzker Molekulyar Mühəndislik Məktəbinin qurucu dekanı olmuşdu.

Aqraval və Kərimlə nahar zamanı Tirrell distillə edilmiş suyun koaservat damcılarına təsiri ilə bağlı tədqiqatın Yerdəki həyatın mənşəyi ilə necə əlaqəli ola biləcəyini izah etdi. Tirrell 3,8 milyard il əvvəl distillə edilmiş suyun harada mövcud olacağını soruşdu.

“Mən kortəbii şəkildə “yağış suyu!” dedim. Gözləri işıqlandı və təklifdən çox həyəcanlandı”, – deyə Kərim bildirib. “Beləliklə, deyə bilərsiniz ki, bu, ideyaların və ya düşüncələrin kortəbii yanması idi!”

Tirrell, Aqravalın distillə edilmiş su tədqiqatını bu yaxınlarda Çikaqo Universitetinə o zamanlar Həyatın Mənşəyi Təşəbbüsü adlanan təşkilata rəhbərlik etmək üçün qatılan Szostaka gətirdi. O, Kərimə verdiyi sualın eynisini verdi.

“Mən ona dedim: “Sizcə, prebiotik dünyada distillə edilmiş su haradan gələ bilər?”” Tirrell xatırlayır. “Və Cek tam olaraq onun deyəcəyinə ümid etdiyimi söylədi, bu da yağış idi.”

Szostakdan RNT nümunələri ilə işləyən Agrawal, koaservat damcılarının distillə edilmiş suya köçürülməsinin RNT mübadiləsinin vaxt miqyasını bir neçə dəqiqədən bir neçə günə qədər artırdığını tapdı. Bu, mutasiya, rəqabət və təkamül üçün kifayət qədər uzun idi.

Aqraval, “Əgər qeyri-sabit olan protocell populyasiyalarınız varsa, onlar öz genetik materiallarını bir-biri ilə mübadilə edəcək və klonlara çevriləcəklər. Darvinin təkamülü ehtimalı yoxdur” dedi. “Ancaq əgər onlar mübadilə əleyhinə stabilləşsələr ki, genetik məlumatlarını kifayət qədər yaxşı saxlasınlar, ən azı bir neçə gün ərzində mutasiyaların onların genetik ardıcıllığında baş verməsi üçün populyasiyalar təkamül edə bilər.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=3279400480&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1724271372&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-life-rainwater-protocell-walls.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl1dLDBd&dt=1724271073977&bpp=2&bdt=495&idt=370&shv=r20240815&mjsv=m202408130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724271175%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724271175%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C540x135%2C1005x124&nras=2&correlator=1433223970898&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=6179&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=3425&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C95334828%2C31086337%2C31086141&oid=2&psts=AOrYGsll8QnJ8SoHYBVpbNtJqe1yetk4X3JsUFZI5qQ2YIwBnbbe2u0JrUDVkSugthtbw7aKcN4WhohfL5VjSjTW2yEAwQK5mnSymmfpjk6JuXcAZOpbjg%2CAOrYGsnRzAnZdQLoeCTUT6r91LQKWTtPAcOsVjF9gV-RLIWTyDTmTiifoHiqi31E-Nxu-F1keADFsV6o1hKQH0_6zjEOxqSQ&pvsid=964729435291475&tmod=8859146&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=-1%2C-1%2C-1%2C-1%2C1536%2C0%2C1538%2C818%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Yağış, yoxlanıldı

Əvvəlcə Agrawal laboratoriya şəraitində təmizlənən deionlaşdırılmış su ilə təcrübə apardı. “Bu, jurnalın rəyçilərini daha sonra prebiotik yağış suyunun çox turşulu olduğu təqdirdə nə olacağını soruşdu” dedi.

Ticarət laboratoriya suyu bütün çirkləndiricilərdən azaddır, duzu yoxdur və əsas və turşu arasında mükəmməl balanslaşdırılmış neytral pH ilə yaşayır. Bir sözlə, materialın əldə edə biləcəyi real dünya şəraitindən təxminən uzaqdır. Onlar daha çox faktiki yağış kimi bir materialla işləməli idilər.

Yağışdan daha çox yağış kimi nədir?

“Biz sadəcə olaraq Hyustonda yağışdan su topladıq və içindəki damlacıqlarımızın sabitliyini yoxladıq , sadəcə xəbər verdiyimiz şeyin doğruluğuna əmin olmaq üçün” dedi Agrawal.

Faktiki yağış suyu və yağış suyunun turşuluğunu təqlid etmək üçün dəyişdirilmiş laboratoriya suyu ilə aparılan sınaqlarda onlar eyni nəticələri tapdılar. Şəbəkə divarları həyat üçün şərait yaradaraq əmələ gəldi.

2020-ci illərdə Hyuston üzərinə yağan yağışın kimyəvi tərkibi Yerin formalaşmasından 750 milyon il sonra yağacaq yağış deyil və eyni şeyi Agrawalın sınaqdan keçirdiyi protocell sistemi modeli üçün də söyləmək olar.

Yeni məqalə sübut edir ki, protohüceyrələr ətrafında mesh divar qurmaq üçün bu yanaşma mümkündür və həyat molekullarını bölmək üçün birlikdə işləyə bilər, tədqiqatçıları protocelllərin təkamül etməyə imkan verən düzgün kimyəvi və ətraf mühit şəraitini tapmaq üçün həmişəkindən daha yaxınlaşdırır.

Agrawal, “Bu protocellləri qurmaq üçün istifadə etdiyimiz molekullar, daha uyğun molekullar əvəzedicilər tapılana qədər sadəcə modellərdir” dedi. “Kimya bir az fərqli olsa da, fizika eyni qalacaq.”

Daha çox məlumat: Aman Agrawal et al, Koaservat damcılarının yağışa məruz qalması onları ilk sabit protosellər etdi?, Elm İnkişafı (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn9657 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn9657

Jurnal məlumatı: Science Advances 

Çikaqo Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir 

Daha çox araşdırın