Sekumpulan saintis Amerika dan Jerman menerangkan mekanisme protokel, yang merupakan pendahulu organisma hidup pertama di planet kita, memperoleh kemampuan untuk tumbuh dan berpecah.
Sejak zaman kuno, orang-orang tertarik dengan persoalan mengenai asal usul kehidupan. Dalam perjalanan sejarah, beberapa hipotesis telah muncul, yang mana hanya teori sup purba mungkin bernilai saintifik. Semua yang lain ternyata tidak dapat dikendalikan. Creationism, atau teori penciptaan ilahi, yang wujud sejak zaman Neolitik akhir, dianggap tidak saintifik; hipotesis kewujudan hidup yang kekal bertentangan dengan data paleontologi dan astronomi; hipotesis membawa kehidupan ke planet kita dari luar (konsep panspermia), pada prinsipnya, tidak menyelesaikan masalah dan, sebaliknya, menimbulkan persoalan bagaimana kehidupan boleh timbul di dunia lain.
Buat pertama kalinya, versi bahawa tetesan kecil pada peringkat awal asal kehidupan dapat dibentuk kerana pemisahan molekul dalam campuran kompleks kerana pembahagian fasa dalam koakervat (yang disebut kaldu primer) dinyatakan oleh ahli biologi Soviet Alexander Oparin, sedikit kemudian - oleh saintis Britain John Haldane. Menurut hipotesis, titisan ini memberikan pembentukan pusat kimia reaktif, tetapi pada masa yang sama, masih belum jelas bagaimana mereka tumbuh dan berkembang biak.
Sebagai sebahagian daripada kajian baru, para saintis telah memperhatikan tingkah laku tetesan dalam sistem yang dikendalikan oleh sumber tenaga luaran dalam keadaan yang jauh dari keseimbangan termodinamik. Dalam sistem seperti itu, pertumbuhan titisan dilakukan dengan menambahkan bahan tetesan, yang dihasilkan semasa reaksi kimia. Didapati bahawa pertumbuhan penurunan, yang terjadi sebagai hasil proses kimia, menyebabkan ketidakstabilan bentuk penurunan dan memprovokasi pembelahannya menjadi dua tetesan yang lebih kecil.
Oleh itu, tetesan aktif secara kimia menunjukkan siklus pertumbuhan dan pembelahan menyerupai percambahan tisu dalam organisma hidup kerana pendaraban sel dengan pembelahan (percambahan). Para penyelidik membuat hipotesis bahawa membahagikan titisan aktif dapat berfungsi sebagai model untuk protel sel prebiotik, di mana reaksi kimia dalam titisan mendorong metabolisme prebiotik.
Titisan cecair adalah struktur penyusun diri yang dapat wujud bersama dengan cecair di sekitarnya. Permukaan yang membahagi dua fasa bersebelahan memberikan tetesan bentuk tertentu, kerana tegangan permukaan - sfera. Di samping itu, beberapa bahan mempunyai keupayaan untuk menembusi permukaan titisan koakervat. Membahagi medium menjadi titisan mengumpul jumlah bahan yang terhad dan membawa kepada reaksi kimia tertentu.
Para saintis telah membuktikan termodinamik kelahiran setetes, tetapi pada masa yang sama mereka masih tidak memahami bagaimana ia tumbuh dan berkembang biak, iaitu, ia mempunyai ciri-ciri utama yang terdapat pada organisma hidup. Secara umum diterima bahawa pertumbuhan titisan berlaku disebabkan oleh penyerapan bahan dari medium terlampau jenuh atau proses pengkondensian semula - pemindahan zat terlarut dari zarah-zarah kecil ke zarah-zarah besar dengan cara pembubaran (proses ini disebut pematangan Ostwald). Dalam kes ini, titisan kecil hilang, yang tinggal hanya besar. Di samping itu, para saintis mengakui bahawa titisan kecil dapat bergabung dan membentuk yang besar. Seiring berjalannya waktu, semua proses ini menyebabkan peningkatan ukuran tetesan dan penurunan jumlahnya, walaupun protocell, setelah mencapai ukuran tertentu, harus dibahagi menjadi dua.
Para penyelidik membuat hipotesis bahawa titisan bersama yang dijaga jauh dari keseimbangan termodinamik dengan bahan bakar kimia mungkin mempunyai ciri yang tidak biasa, misalnya, pematangan Ostwald dengan adanya reaksi kimia dapat ditekan, di mana beberapa titisan dapat wujud dengan stabil dengan ukuran tertentu, yang diberikan oleh kelajuan reaksi. Dalam kes ini, titisan sfera, yang mengalami tindak balas kimia, secara rawak dibahagikan kepada dua tetesan kecil dengan ukuran yang sama. Para saintis mencadangkan bahawa dengan cara ini, tetesan aktif kimia dapat tumbuh dan membelah, dan oleh itu membiak, menggunakan bahan yang masuk sebagai bahan bakar. Oleh itu, dengan adanya tindak balas kimia yang dicetuskan dari sumber luaran, titisan tersebut berperilaku seperti sel. Titisan aktif seperti itu dapat menjadi model pertumbuhan dan pembelahan protocell dengan metabolisme primitif, yang merupakan reaksi kimia sederhana yang disokong oleh bahan bakar luaran.
Video promosi:
Titisan ini adalah sejenis takungan untuk organisasi spasial tindak balas kimia tertentu. Untuk penampilan titisan, perlu memisahkan fasa menjadi dua fasa cair dengan komposisi yang berbeza, yang wujud bersebelahan. Fasa dibahagikan kerana tindakan molekul, di mana molekul serupa menurunkan tenaga mereka sendiri, berdekatan dengan satu sama lain. Cecair mampu melakukan stratifikasi jika penurunan tenaga yang berkaitan dengan tindakan molekul akibat pencampuran mengatasi kesan peningkatan kekacauan. Sekiranya interaksi sedemikian cukup kuat, permukaan akan terbentuk yang memisahkan fasa yang wujud. Sekiranya bahan permukaan dibentuk dan dihancurkan oleh tindak balas kimia, titisan boleh menjadi reaktif.
Oleh itu, sebagai contoh, jika kita mempertimbangkan model penurunan sederhana, kita dapat melihat bahawa ia mempunyai bilangan syarat minimum untuk pembentukan dan pendaraban penurunan koacervate: antara muka fasa, dua fasa, serta sumber tenaga luaran yang menjauhkan sistem dari keadaan keseimbangan termodinamik … Pembentukan titisan disebabkan oleh bahan D-titisan yang dihasilkan di dalam titisan dari bahan bertenaga tinggi N, yang bertindak sebagai nutrien. Bahan titisan mampu terurai menjadi komponen tenaga yang lebih rendah W (sisa), yang, akibat penyebaran, meninggalkan titisan. Setetes dapat bertahan apabila terdapat bekalan N yang berterusan dan penyingkiran W. yang berterusan. Ini dapat dicapai melalui peredaran semula N menggunakan sumber tenaga luaran, khususnya,cahaya matahari atau bahan api tertentu.
Penulis kajian percaya bahawa fizik tetesan aktif cukup sederhana. Paling mudah difahami dengan contoh model dengan dua komponen A dan B. Apabila fasa bahan titisan B berpisah dari pelarut, ia dapat diubah secara rawak kerana tindak balas kimia BA menjadi molekul jenis A, yang larut dalam cecair latar belakang. Setitik masih ada. Reaksi terbalik A-B tidak lagi spontan, kerana B mempunyai tenaga yang lebih tinggi daripada A. Bahan titisan baru B dapat diperoleh dengan reaksi A + C-B + C yang berkaitan dengan bahan bakar. Dalam kes ini, C adalah produk tindak balas tenaga rendah molekul bahan bakar. Bahan bakar memberikan perbezaan potensi kimia, yang memungkinkan untuk mencapai keadaan B dengan tenaga tinggi dari keadaan tenaga yang lebih rendah A. Perbezaan potensi dapat tetap jikajika kepekatan C di dalamnya diberikan oleh takungan luaran. Dalam kes ini, sistem dijauhkan dari keadaan keseimbangan termodinamik.
Para saintis telah mengkaji gabungan pemisahan fasa dan tindak balas kimia yang tidak seimbang juga dalam model berterusan. Para penyelidik mendapati bahawa titisan sfera aktif secara kimia boleh menjadi tidak stabil dan terbahagi kepada dua titisan kecil. Pada mulanya, penurunan tumbuh sehingga mencapai ukuran pegun. Selepas itu, ia memanjang, membentuk bentuk dumbbell. Dumbbell ini kemudian dibahagikan kepada dua tetesan yang lebih kecil dengan ukuran yang sama. Pada akhirnya, tetesan yang lebih kecil mula tumbuh semula sehingga pembelahan baru.
Seperti yang diketahui oleh para saintis, fenomena yang mereka buat dapat diperhatikan secara langsung dalam eksperimen tersebut. Menurut para penyelidik, ketidakstabilan titisan, yang dipicu oleh kemasukan tenaga luaran dan yang menyebabkan pembelahan titisan, dapat dibandingkan dengan ketidakstabilan Mullins-Sekerki, yang sering dibincangkan dalam konteks pertumbuhan kristal. Namun, berbeza dengannya, ketidakstabilan bentuk titisan juga dapat terjadi dengan adanya tetesan yang tidak bergerak.
Sel moden mempunyai beberapa struktur kimia yang tidak dipisahkan dari sitoplasma sel oleh selaput. Mereka dibentuk oleh pemisahan fasa dari sitoplasma. Sebilangan besar daripadanya cair dan terdiri daripada protein pengikat RNA dan molekul RNA. Menurut hipotesis dunia RNA, pada masa awal kehidupan, RNA merupakan pembawa maklumat genetik dan memainkan peranan sebagai ribozim. Kemungkinan bahawa kombinasi RNA dengan peptida sederhana cukup untuk membentuk titisan bersamaan.
Sebagai penulis catatan kajian, transformasi tetesan aktif kimia dalam sel yang membahagi untuk pertama kalinya adalah masalah besar untuk memahami proses evolusi awal. Tidak seperti media titisan luaran dan dalaman, antara muka media ini adalah amfifilik. Lipid yang tidak ada hubungannya dengan persekitaran dalaman dan luaran titisan dapat berkumpul di permukaan amfifilik, asalkan terdapat di lingkungan luaran tetesan coacervate. Menurut para pakar, membran pada koakervat dapat muncul lebih awal daripada pembelahan protokel pertama.
