Nội dung bài viết
Nó chỉ hoạt động cho một số bộ phận nhờ có rất nhiều tài liệu được bổ sung. Hiểu được nguồn gốc của sự sống đòi hỏi phải giải quyết một tập hợp các câu hỏi khoa học chồng chéo.
Chúng tôi đã đạt được nhiều tiến bộ trong việc giải thích cách các hóa chất đơn giản có mặt trên Trái đất sơ khai tạo ra các phân tử phức tạp được sự sống sử dụng và cách một số hóa chất đó tạo ra các phân tử di truyền/xúc tác đầu tiên.
Nhưng chúng ta còn tiến xa hơn nữa để hiểu được một câu hỏi hóc búa: Làm thế nào mà các màng lại bao quanh các tế bào đầu tiên? Tương đối dễ dàng để tạo ra các màng hình thành một cách tự nhiên trong nước và chúng sẽ bao bọc bất cứ thứ gì hòa tan trong nước đó, bao gồm cả axit nucleic.
Nhưng các màng sau đó sẽ tách phần bên trong của chúng ra khỏi mọi thứ khác trong dung dịch. Bất kỳ phản ứng hóa học thú vị nào kèm theo sẽ ăn mòn nguyên liệu thô và dừng lại.
Giờ đây, một phòng thí nghiệm tại Đại học Minnesota vừa công bố rằng họ đã phát triển một hệ thống đơn giản trong đó một màng bao bọc một số vật liệu di truyền nhưng có thể liên tục nhập các vật liệu mới được cung cấp cho nó.
Hệ thống cũng phân chia một cách tự nhiên, tạo ra một vài thế hệ “con cháu” trước khi mọi thứ bắt đầu thất bại.
Nó vẫn phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác của con người nhưng nó có thể cung cấp một con đường mới để khám phá những câu hỏi về nguồn gốc của sự sống và một dạng sống thực sự tối giản sẽ trông như thế nào.
Công việc được thực hiện bởi một nhóm do Kate Adamala đứng đầu và nó vẫn chưa được bình duyệt (bản thảo dự thảo đã được đăng trực tuyến).
Nó chủ yếu liên quan đến việc tập hợp các phần của hệ thống sinh học được các nhà nghiên cứu khác mô tả hoặc phát triển lại với nhau và bọc chúng trong một lớp màng.
Nhiều phần trong số này có nguồn gốc từ virus, thường gây chú ý vì có các phiên bản rút gọn của hệ thống nhưng phức tạp hơn nhiều trong tế bào. Ví dụ: hệ thống được sử dụng để sao chép DNA của cái mà Adamala gọi là “SpudCell” có nguồn gốc từ một loại virus lây nhiễm vi khuẩn có tên Phi29.
Một nhóm nghiên cứu khác đã chứng minh rằng DNA mã hóa các protein mà virus này sử dụng để sao chép DNA của nó có thể được đặt bên trong màng, nơi nó sẽ sao chép DNA của chính nó.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh điều này cho phù hợp với hệ thống của riêng họ, hệ thống này trải khoảng 90.000 base DNA trên bảy phân tử DNA vòng tròn riêng biệt.
Một hạn chế của SpudCell là nó không có cách nào đảm bảo rằng khi tế bào phân chia, mỗi tế bào con sẽ nhận được bản sao của cả bảy phân tử này. ừ.
Thay vào đó, hệ thống chỉ đơn giản tạo ra một loạt bản sao để tăng khả năng một số bản sao đó sẽ xuất hiện ở mỗi thế hệ con. Nó không hoàn toàn hoạt động; sau năm thế hệ phân chia, phần lớn SpudCells bị thiếu ít nhất một trong bảy phân tử trong bộ gen của nó.
Hệ thống sao chép các bộ phận của bộ gen vào RNA để sản xuất protein đến từ một loại virus có tên T7. Đây đã trở thành một trung tâm nghiên cứu về sinh học phân tử—bạn có thể đặt mua T7 RNA polymerase trực tuyến và vận chuyển nó đến tận nơi bằng đá lạnh.
Trong trường hợp này, gen mã hóa T7 RNA polymerase đã được thêm vào bộ gen SpudCell và nó được tạo ra bởi các tế bào nhân tạo đó. Yếu tố cuối cùng cần thiết ở đây là dịch mã RNA thành protein.
Và ở đây, các nhà nghiên cứu chỉ đơn giản là tinh lọc bộ máy dịch thuật và cung cấp nó cho SpudCells. Họ dựa vào một hệ thống được phát triển bởi một nhóm tại Đại học Tokyo, hệ thống này đã thêm thẻ vào mọi protein cần thiết để dịch mã và tinh lọc chúng bằng cách sử dụng thẻ.
Nhóm Minnesota chỉ đơn giản là tinh chế các protein này và đưa chúng vào hệ thống. Việc cho ăn đó khá đúng nghĩa đen.
Đối với các phân tử nhỏ, đơn giản, các nhà nghiên cứu chỉ cần chèn một gen mã hóa protein lỗ chân lông vào vào bộ gen SpudCell. Điều này cho phép các phân tử và ion nhỏ khuếch tán vào và ra khỏi SpudCell.
Miễn là các tế bào được đặt trong dung dịch có đủ lượng các vật liệu này, thì bên trong SpudCell sẽ có nồng độ khá cao của tất cả những vật liệu này. Nhưng phức hợp protein cần thiết để tạo ra nhiều protein hơn lại quá lớn để có thể đi qua một lỗ nhỏ.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã bọc những protein này và các vật liệu lớn khác trong một màng khác rồi đưa chúng vào SpudCells. Để khiến hai màng – một từ SpudCell, một từ thức ăn của nó – tương tác với nhau, các nhà nghiên cứu đã thêm một thẻ vào protein lỗ chân lông mà họ đã sử dụng.
Sau đó, họ thêm thứ gì đó có thể tương tác với thẻ đó vào màng thực phẩm. Điều này cho phép cả hai tương tác đủ lâu để hợp nhất, làm đổ thức ăn vào bên trong SpudCell và bổ sung thêm vật liệu màng vào đó.
Quá trình “cho ăn” này cho phép SpudCells tiếp tục tạo ra các protein mới ngay cả khi chúng đã cạn kiệt nguồn nguyên liệu thô ban đầu. Vật liệu màng được thêm vào cũng làm tăng kích thước của SpudCell, khiến nó phát triển theo đúng nghĩa đen.
Thông thường, sự phát triển của tế bào cuối cùng dẫn đến sự phân chia tế bào. sion, phân chia màng và bối cảnh của chúng giữa hai tế bào mới.
Nhưng SpudCells không có cơ chế để đạt được điều này. Ban đầu, các nhà nghiên cứu chỉ đơn giản đưa chúng qua một lưới thép và tác dụng lực vật lý để khiến màng bị tách ra.
Nhưng cuối cùng họ đã phát triển được một hệ thống có thể khiến các protein trong lỗ chân lông kết tụ lại bằng cách thêm một số hóa chất vào dung dịch. Điều đó làm thay đổi hình dạng của màng và cuối cùng khiến các phần của nó bong ra.
Mặc dù đây là một quá trình ngẫu nhiên hơn nhiều nhưng nó gần giống với quá trình phân chia tế bào. Vì vậy, theo nghĩa hạn chế và được thiết kế cẩn thận, những “tế bào” này có thể nuôi dưỡng, phát triển và phân chia, được điều khiển bởi các protein được mã hóa bởi bộ gen của chính chúng.
Tuy nhiên, như đã lưu ý ở trên, bộ gen đó chỉ được phân phối ngẫu nhiên vào thế hệ tế bào tiếp theo và các phần của nó bị mất dần dần qua mỗi thế hệ. Kết quả là không có SpudCell nào được sử dụng qua 5 thế hệ trong công việc này.
Năm thế hệ đó đủ để chứng minh rằng chọn lọc tự nhiên có thể hoạt động trên SpudCells. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể thay đổi bộ gen của mình để điều chỉnh mức độ protein lỗ chân lông do SpudCells tạo ra.
Vì đó là điều cần thiết cho việc kiếm ăn của chúng nên mức độ cao hơn dẫn đến tăng trưởng nhanh hơn, đặc biệt là trong điều kiện họ được cung cấp ít thực phẩm hơn.
Sau năm thế hệ, tần suất của những loài ăn nhanh này trong quần thể đã tăng lên, cho thấy rằng quá trình chọn lọc vẫn diễn ra ngay cả trong những điều kiện có tính nhân tạo cao này. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng những điều kiện này rất được thiết kế và nhân tạo.
Đây không phải là sự tương đương trực tiếp với các tế bào sớm nhất, vì nó dựa vào một số protein chuyên biệt, tiến hóa cao để hoạt động, cùng với các điều kiện được tạo ra đặc biệt bởi con người điều hành chương trình. Nhưng nó vẫn có thể hữu ích như một thiết bị tương tự.
Chúng ta không biết liệu cuộc sống có trải qua giai đoạn quan trọng tương tự như thế này hay không, nhưng nghiên cứu có thể khiến chúng ta đặt ra những câu hỏi giúp chúng ta suy nghĩ về nó.
Ví dụ: chúng ta có thể sử dụng SpudCells để bắt đầu xem xét các hệ thống đơn giản hóa có thể đảm bảo rằng vật liệu di truyền được phân bố đồng đều giữa các thế hệ con của quá trình phân chia tế bào.
Hoặc sự lựa chọn nào có thể dẫn đến các protein lỗ rỗng không cho phép bất cứ thứ gì đi vào hoặc ra khỏi tế bào? Hoặc bất kỳ số lượng câu hỏi có khả năng cung cấp thông tin.
Có một sự thật hiển nhiên rằng tất cả các mô hình đều sai, nhưng một số mô hình lại hữu ích. Và đó dường như là trường hợp ở đây.
Chúng tôi biết đây không phải là một mô hình tốt ban đầu tế bào theo nghĩa là nó không phản ánh những tế bào đầu tiên trên Trái đất trông như thế nào. Nhưng nó vẫn có thể hữu ích khi đặt câu hỏi về họ.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.