أظهر باحثون في معهد علوم الأرض والحياة في طوكيو من خلال تجاربهم أن التكرار في عمليات التجمد والذوبان ربما كان محركاً لنمو واندماج هياكل أولية شبيهة بالخلايا على الأرض في عصورها المبكرة. وقد تبين أن الحويصلات المكونة من دهون معينة اندمجت لتشكل حجيرات أكبر، كما احتفظت بالحمض النووي بشكل أكثر فعالية خلال هذه الدورات، مما يشير إلى أن البيئات الجليدية لعبت دوراً في نشأة الحياة.
قام فريق بقيادة تاتسويا شينودا في معهد علوم الأرض والحياة (ELSI) التابع لمعهد طوكيو للعلوم بإنشاء حويصلات أحادية الطبقة كبيرة (LUVs) باستخدام ثلاثة أنواع من الفسفوليبيدات هي: POPC وPLPC وDOPC. حاكت هذه الخلايا الأولية النموذجية حجيرات بسيطة كانت تحيط بالجزيئات العضوية على الأرض القديمة، وعرضها الباحثون لدورات متكررة من التجمد والذوبان لمحاكاة الظروف البيئية المبكرة. وأوضح شينودا: "استخدمنا فوسفاتيديل كولين (PC) كمكونات غشائية، نظراً لاستمراريتها الهيكلية الكيميائية مع الخلايا الحديثة، وتوفرها المحتمل في الظروف ما قبل الحيوية، وقدرتها على الاحتفاظ بالمحتويات الأساسية". بعد ثلاث دورات، تجمعت الحويصلات الغنية بـ POPC ولكنها لم تندمج بالكامل، في حين اندمجت الحويصلات التي تحتوي على PLPC أو DOPC لتشكل هياكل أكبر. وكلما زادت نسبة PLPC، كان الاندماج أكبر. وأشارت ناتسومي نودا إلى أنه: "تحت ضغوط تشكل بلورات الجليد، يمكن أن تصبح الأغشية غير مستقرة أو تتفتت، مما يتطلب إعادة تنظيم هيكلية عند الذوبان. قد يؤدي التنظيم الجانبي غير المحكم بسبب درجة عدم الإشباع العالية إلى كشف المزيد من المناطق الكارهة للماء أثناء إعادة بناء الغشاء، مما يسهل التفاعلات مع الحويصلات المجاورة ويجعل الاندماج مفضلاً من الناحية الطاقية". كما أن حويصلات PLPC تمكنت من التقاط والاحتفاظ بالحمض النووي بشكل أفضل من حويصلات POPC، حتى قبل الدورات وبشكل خاص بعدها. سمح الاندماج بامتزاج المحتويات، مما قد يتيح كيمياء معقدة. تقترح الدراسة أن البيئات الجليدية التي تشهد تجمدًا وذوبانًا قد تكون مهدًا للحياة، إلى جانب المواقع التقليدية مثل الفوهات الحرارية المائية. وخلص الباحث الرئيسي توموآلي ماتسورا إلى القول: "قد يتحقق اختيار متكرر للحويصلات النامية بفعل التجمد والذوبان عبر أجيال متتالية من خلال دمج آليات الانشطار مثل الضغط الأسموزي أو القص الميكانيكي. ومع زيادة التعقيد الجزيئي، قد يتولى النظام داخل الحويصلة، أي الوظيفة المشفرة جينيًا، في النهاية زمام الملاءمة الخلوية الأولية، مما يؤدي بالتالي إلى ظهور خلية بدائية قادرة على التطور الدارويني". نشر البحث في مجلة Chemical Science.
