Para peneliti di Earth-Life Science Institute di Tokyo telah menunjukkan melalui eksperimen bahwa proses pembekuan dan pencairan berulang dapat mendorong pertumbuhan serta penggabungan struktur mirip sel primitif di Bumi purba. Vesikel yang dibuat dengan lipid tertentu bergabung menjadi kompartemen yang lebih besar dan menahan DNA dengan lebih efektif selama siklus tersebut. Temuan ini menunjukkan bahwa lingkungan sedingin es berperan dalam asal-usul kehidupan.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Tatsuya Shinoda di Earth-Life Science Institute (ELSI) di Institute of Science Tokyo menciptakan vesikel unilamelar besar (LUV) menggunakan tiga jenis fosfolipid: POPC, PLPC, dan DOPC. Protokel model ini meniru kompartemen sederhana yang membungkus molekul organik di Bumi purba. Para peneliti memaparkannya pada siklus beku-cair berulang untuk menyimulasikan kondisi lingkungan awal. Shinoda menjelaskan, 'Kami menggunakan fosfatidilkolin (PC) sebagai komponen membran, karena kesinambungan struktural kimianya dengan sel modern, potensi ketersediaannya dalam kondisi prebiotik, serta kemampuannya dalam menahan konten esensial.' Setelah tiga siklus, vesikel yang kaya POPC mengelompok namun tidak bergabung sepenuhnya, sementara vesikel dengan PLPC atau DOPC bergabung menjadi struktur yang lebih besar. Semakin banyak PLPC yang ada, semakin besar penggabungannya. Natsumi Noda mencatat, 'Di bawah tekanan pembentukan kristal es, membran dapat menjadi tidak stabil atau terfragmentasi, sehingga memerlukan reorganisasi struktural saat mencair. Organisasi lateral yang longgar akibat tingkat ketidakjenuhan yang lebih tinggi dapat mengekspos lebih banyak wilayah hidrofobik selama rekonstruksi membran, memfasilitasi interaksi dengan vesikel di sekitarnya dan membuat penggabungan menjadi energetik yang menguntungkan.' Vesikel PLPC juga menangkap dan menahan DNA dengan lebih baik daripada vesikel POPC, bahkan sebelum siklus dan terutama setelahnya. Penggabungan memungkinkan pencampuran konten, yang berpotensi memungkinkan kimia kompleks. Studi ini mengusulkan lingkungan sedingin es dengan siklus beku-cair sebagai tempat kelahiran kehidupan, selain situs tradisional seperti ventilasi hidrotermal. Tomoaki Matsuura, peneliti utama, menyimpulkan, 'Seleksi rekursif dari vesikel yang tumbuh akibat F/T di seluruh generasi berturut-turut dapat direalisasikan dengan mengintegrasikan mekanisme fisi seperti tekanan osmotik atau geseran mekanis. Dengan meningkatnya kompleksitas molekuler, sistem intravesikular, yaitu fungsi yang dikodekan gen, pada akhirnya dapat mengambil alih kebugaran protoseluler, yang menghasilkan kemunculan sel primordial yang mampu melakukan evolusi Darwinian.' Penelitian ini diterbitkan dalam Chemical Science.
