Investigadores del Earth-Life Science Institute de Tokio han demostrado mediante experimentos que la congelación y descongelación repetidas podrían haber impulsado el crecimiento y la fusión de estructuras primitivas similares a células en la Tierra primitiva. Las vesículas formadas con ciertos lípidos se fusionaron en compartimentos más grandes y retuvieron el ADN de manera más eficaz durante estos ciclos. Los hallazgos sugieren que los entornos helados desempeñaron un papel en el origen de la vida.
Un equipo dirigido por Tatsuya Shinoda en el Earth-Life Science Institute (ELSI) del Institute of Science Tokyo creó vesículas unilamelares grandes (LUV, por sus siglas en inglés) utilizando tres tipos de fosfolípidos: POPC, PLPC y DOPC. Estas protocélulas modelo imitaron los compartimentos simples que albergaban moléculas orgánicas en la Tierra antigua. Los investigadores las expusieron a ciclos repetidos de congelación y descongelación para simular las condiciones ambientales tempranas. Shinoda explicó: "Utilizamos fosfatidilcolina (PC) como componentes de membrana, debido a su continuidad estructural química con las células modernas, su disponibilidad potencial en condiciones prebióticas y su capacidad para retener contenidos esenciales". Tras tres ciclos, las vesículas ricas en POPC se agruparon pero no se fusionaron completamente, mientras que aquellas con PLPC o DOPC se fusionaron en estructuras más grandes. Cuanta más PLPC presente, mayor fue la fusión. Natsumi Noda señaló: "Bajo el estrés de la formación de cristales de hielo, las membranas pueden desestabilizarse o fragmentarse, lo que requiere una reorganización estructural al descongelarse. La organización lateral poco compacta debida al mayor grado de insaturación puede exponer más regiones hidrofóbicas durante la reconstrucción de la membrana, lo que facilita las interacciones con las vesículas adyacentes y hace que la fusión sea energéticamente favorable". Las vesículas de PLPC también capturaron y retuvieron el ADN mejor que las de POPC, incluso antes de los ciclos y especialmente después. La fusión permitió mezclar los contenidos, lo que potencialmente facilitó una química compleja. El estudio propone los entornos helados con ciclos de congelación y descongelación como una cuna para la vida, junto con sitios tradicionales como las fuentes hidrotermales. Tomoaki Matsuura, el investigador principal, concluyó: "Una selección recursiva de vesículas que crecen inducidas por ciclos de congelación/descongelación a través de generaciones sucesivas puede lograrse integrando mecanismos de fisión como la presión osmótica o el cizallamiento mecánico. Con una creciente complejidad molecular, el sistema intravesicular, es decir, la función codificada por genes, podría finalmente asumir la aptitud protocelular, lo que conduciría a la aparición de una célula primordial capaz de evolución darwiniana". La investigación aparece en Chemical Science.
