Des chercheurs de l'Earth-Life Science Institute de Tokyo ont démontré, grâce à des expériences, que des cycles répétés de gel et de dégel auraient pu favoriser la croissance et la fusion de structures primitives analogues à des cellules sur la Terre primitive. Les vésicules constituées de certains lipides ont fusionné en compartiments plus grands et ont retenu l'ADN plus efficacement au cours de ces cycles. Ces résultats suggèrent que les environnements glacés ont joué un rôle dans les origines de la vie.
Une équipe dirigée par Tatsuya Shinoda à l'Earth-Life Science Institute (ELSI) de l'Institute of Science Tokyo a créé de grandes vésicules unilamellaires (LUV) en utilisant trois types de phospholipides : POPC, PLPC et DOPC. Ces protocellules modèles imitaient les compartiments simples entourant des molécules organiques sur la Terre ancienne. Les chercheurs les ont exposées à des cycles répétés de gel-dégel pour simuler les conditions environnementales primitives. Shinoda a expliqué : « Nous avons utilisé la phosphatidylcholine (PC) comme composants membranaires en raison de leur continuité structurelle chimique avec les cellules modernes, de leur disponibilité potentielle dans des conditions prébiotiques et de leur capacité à retenir les contenus essentiels ». Après trois cycles, les vésicules riches en POPC se sont regroupées sans fusionner complètement, tandis que celles contenant du PLPC ou du DOPC ont fusionné pour former des structures plus grandes. Plus la teneur en PLPC était élevée, plus la fusion était importante. Natsumi Noda a noté : « Sous les contraintes de la formation de cristaux de glace, les membranes peuvent être déstabilisées ou fragmentées, ce qui nécessite une réorganisation structurelle lors du dégel. L'organisation latérale lâche due au degré plus élevé d'insaturation peut exposer davantage de régions hydrophobes lors de la reconstruction membranaire, facilitant ainsi les interactions avec les vésicules adjacentes et rendant la fusion énergétiquement favorable ». Les vésicules de PLPC ont également mieux capturé et conservé l'ADN que celles de POPC, même avant les cycles et surtout après. La fusion a permis le mélange des contenus, permettant potentiellement une chimie complexe. L'étude propose que les environnements glacés avec des cycles de gel-dégel aient été un berceau pour la vie, aux côtés de sites traditionnels comme les sources hydrothermales. Tomoaki Matsuura, le chercheur principal, a conclu : « Une sélection récursive de vésicules développées par gel-dégel à travers des générations successives pourrait être réalisée en intégrant des mécanismes de fission tels que la pression osmotique ou le cisaillement mécanique. Avec une complexité moléculaire croissante, le système intravésiculaire, c'est-à-dire la fonction codée par les gènes, pourrait finalement prendre le dessus sur la fitness protocellulaire, conduisant par conséquent à l'émergence d'une cellule primordiale capable d'évolution darwinienne ». Les travaux sont publiés dans Chemical Science.
