V určitém okamžiku během vývoje života na Zemi se anorganická hmota stala organickou, neživá hmota začala žít. Jak se to stalo, je jedním z největších tajemství lidstva. Dnes vědci pracují na vývoji syntetických buněk, které napodobují živé buňky, doufají, že odhalí stopy, které pomohou odpovědět na otázku: Jak začal život na Zemi?
I když neexistuje jediná definice života, v celé biologii se opakují tři prvky:
- kompartmentalizace – bariéra, která odděluje interiér buňky od prostředí;
- Metabolismus – budování a rozkládání molekul pro provádění buněčných funkcí; a
- Výběr – proces, ve kterém jsou určité molekuly upřednostňovány před ostatními.
V minulosti se vědci zaměřili na kompartmentalizaci, ale ne na metabolismus. Tento cyklus budování a rozbíjení molekul je však kritickým aspektem toho, jak živé buňky reagují na environmentální podněty, replikují a vyvíjejí se.
Nyní vědci z University of California San Diego navrhli systém, který syntetizuje buněčné membrány a zahrnuje metabolickou aktivitu. Jejich práce se objeví v Chemie přírody a je uváděn na obálce vydání z června 2025.
„Buňky, kterým postrádá metabolickou síť, jsou zaseknuté – nejsou schopny předělat, růst nebo rozdělit,“ uvedl Neal Devaraj, židle Murray Goodman v chemii a biochemii v UC San Diego a hlavní vyšetřovatel na papíře. „Život je dnes vysoce vyvinutý, ale chceme pochopit, zda se metabolismus může objevit ve velmi jednoduchých chemických systémech, než dojde k vývoji složitější biologie.“
Lipidy jsou mastné sloučeniny, které hrají klíčovou roli v mnoha buněčných funkcích. V živých buňkách slouží lipidové membrány jako bariéry a oddělují buňky od vnějšího prostředí. Lipidové membrány jsou dynamické, schopné se přestavit v reakci na buněčné požadavky.
Jako klíčový krok k pochopení toho, jak se živé buňky vyvíjely, Devarajova laboratoř navrhla systém, kde lipidy mohou nejen tvořit membrány, ale prostřednictvím metabolismu, mohou je také rozbít. Systém, který vytvořili, byl abiotický, což znamená, že byla použita pouze neživá hmota. To je důležité při porozumění tomu, jak se objevil život na prebiotické Zemi, když existovala pouze neživá hmota.
„Snažíme se odpovědět na základní otázku: Jaké jsou minimální systémy, které mají vlastnosti života?“ řekl Alessandro Fracassi, postdoktorský učenec v Devarajově laboratoři a první autor na novinách.
Chemický cyklus, který vytvořili, používá k aktivaci mastných kyselin chemické palivo. Mastné kyseliny se pak spojují s lysofosfolipidy, které generují fosfolipidy. Tyto fosfolipidy spontánně vytvářejí membrány, ale v nepřítomnosti paliva se rozpadají a vracejí se ke složkám mastných kyselin a lysofosfolipidu. Cyklus začíná znovu.
Nyní, když ukázali, že mohou vytvořit umělou buněčnou membránu, chtějí pokračovat v přidávání vrstev složitosti, dokud nevytvořili něco, co má mnohem více vlastností, které spojujeme s „životem“.
„Víme hodně o živých buňkách a o čem jsou vyrobeny,“ uvedl Fracassi. „Ale pokud jste stanovili všechny samostatné komponenty, nechápeme ve skutečnosti, jak je dát dohromady, aby buňka fungovala tak, jak to dělá. Snažíme se znovu vytvořit primitivní, ale funkční buňku, jednu vrstvu najednou.“
Kromě osvětlení toho, jak se život mohl začít v abiotickém prostředí, může mít vývoj umělých buněk dopad v reálném světě. Dodávání léčiv, biomanufakturizace, sanace životního prostředí, biomimetické senzory jsou v nadcházejících desetiletích možnosti, když nadále prohlubujeme naše chápání toho, jak se život na Zemi stal.
„Možná neuvidíme tyto druhy pokroků po dobu 10 nebo 20 let,“ poznamenal Devaraj. „Ale dnes musíme dělat práci, protože se stále musíme toho tolik naučit.“
Autoři: Alessandro Fracassi, Andrés Seoane, Hong-Guen Lee, Alexander Harjung a Neal K. Devaraj (All UC San Diego); a Roberto J. Brea (Universidade da Coruña (Španělsko)).
Tato práce byla financována Národní vědeckou nadací (CHE-2304664).
