ТПС: Древно молекулярно взаимодействие може да вдъхнови създаването на устойчиви материали, показва проучване

Израелски учени са установили проста форма на молекулярно взаимодействие, която може да е помогнала за стабилизирането на някои от най-ранните градивни елементи на живота, като по този начин предоставя нови сведения за това как неживата химия е могла да се развие в по-организирани системи преди появата на живота, съобщава израелската новинарска агенция ТПС.
Според изследователите откритието може да намери приложение в „зелената“ химия и разработването на устойчиви материали.
Изследването на Еврейския университет в Йерусалим е ръководено от д-р Моран Френкел-Пинтер и постдокторанта д-р Ротем Едри. Учените са изследвали два вида прости молекули, за които се смята, че са съществували в ранния стадий на развитиета на Земята преди милиарди години: мастни киселини, които могат да образуват примитивни клетъчни мембрани, както и хидрокси киселини, които могат да се свързват помежду си в къси вериги, известни като полимери – по-големи молекули, изградени от повтарящи се структурни единици.
Досега учените обикновено са изучавали тези два типа молекули поотделно, но настоящото изследване разглежда какво се случва, когато те бъдат комбинирани.
Резултатите изненадали изследователския екип. Когато хидрокси киселините били химически свързани с мастни киселини, получените молекули придобили значително по-добра способност да се самоорганизират в миниатюрни структури, наподобяващи клетки. Тези хибридни структури можели да се образуват при много по-ниски концентрации в сравнение само с мастните киселини, което правело процеса по-ефективен. Изследователите наблюдавали и микроскопични мехурчести структури, наречени везикули, които наподобяват защитните отделения, за които учените смятат, че са помогнали на ранните химични системи да станат по-организирани преди възникването на живота.
Комбинацията също така решила проблем, свързан с устойчивостта. Веригите, изградени единствено от хидрокси киселини, обикновено се разграждат бързо във вода, но когато били свързани с мастни киселини, те се запазвали значително по-дълго. Това увеличава вероятността да са могли да оцелеят във влажната среда, в която според учените са се развили ранните химични системи.
„Тези резултати сочат към проста, но изключително ефективна форма на молекулярно взаимодействие“, заяви Френкел-Пинтер. „Когато свържем примитивни молекули, подобни на липиди, с полимери от хидрокси киселини, наблюдаваме появата на свойства, които нито една от двете системи не проявява напълно самостоятелно.“
Тя добави, че мастните киселини и хидрокси киселините на практика си помагат взаимно.
„Олигомерите стават по-стабилни, когато са свързани с амфифили, а амфифилите придобиват по-добра способност да образуват организирани структури, когато са модифицирани с олигомери. Това може да помогне да се обясни как ранните химични системи са станали по-организирани, по-стабилни и по-способни да подпомогнат пътя към възникването на живота.“
По-просто казано, двата типа молекули взаимно подобряват свойствата си: мастните киселини стабилизират веригите, а самите вериги помагат на мастните киселини да се организират в по-сложни структури.
Нови сведения за най-ранните етапи от възникването на живота
Един от основните въпроси в изследванията върху произхода на живота е как простите молекули са се организирали достатъчно добре, за да поставят началото на първите живи системи. Съвременните клетки разчитат на мембрани, белтъци и ДНК, за да изпълняват жизненоважните си функции, но учените смятат, че преди появата на тези сложни молекули са съществували много по-прости химични системи. Новите резултати показват, че още преди възникването на тези сложни молекули по-простите химични съединения вероятно вече са си взаимодействали, изграждайки по-стабилни химични системи, способни да се променят и развиват с течение на времето.
Изследователите отбелязват, че този ефект на взаимодействие не се ограничава само до една конкретна комбинация от молекули. Подобни резултати били получени и при изпитването на няколко различни мастни киселини и хидрокси киселини, което предполага, че този тип молекулярно взаимодействие е можел да възниква при различни условия в ранния стадий на развитието на Земята, а не да е бил рядка химична случайност.
Проучването може в бъдеще да допринесе за разработването на нови биоразградими материали, произведени от прости вещества с естествен произход. Тъй като хибридните структури съчетават мастни киселини и полимери на основата на хидрокси киселини и могат да се разграждат по-лесно от много синтетични материали, учените смятат, че те могат да послужат като вдъхновение за създаването на по-екологични алтернативи за различни приложения.
Способността на тези молекули спонтанно да образуват структури, подобни на мембрани, подсказва, че в бъдеще сходни принципи могат да бъдат използвани за създаването на материали, които се самоорганизират автоматично на молекулярно ниво.
Изследването е публикувано в научното списание „Нейчър Къмюникейшънс" (Nature Communications).
(Тази информация се разпространява по споразумение между БТА и ТПС)