Geïnspireerd door de processen van celdifferentiatie waargenomen in de ontwikkelingsbiologie, een interdisciplinair team van onderzoekers van de Universiteit van Bristol heeft een nieuwe spontane benadering aangetoond voor het bouwen van gemeenschappen van celachtige entiteiten (protocellen) met behulp van chemische gradiënten.

In een nieuwe studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Natuurcommunicatie , Professor Stephen Mann van Bristol's School of Chemistry, samen met collega's Dr. Liangfei Tian, Dr. Mei Li, en Dr. Avinash Patil in het Bristol Centre for Protolife Research, en professor Bruce Drinkwater van de Faculteit Ingenieurswetenschappen gebruikte een chemische gradiënt om een ​​uniforme populatie van kleine druppeltjes om te zetten in een diverse gemeenschap van kunstmatige cellen.

Het team gebruikte voor het eerst ultrasone golven om regelmatige rijen van duizenden druppels te maken die het energieopslagmolecuul ATP bevatten. Vervolgens lieten ze vormveranderende moleculen (kunstmatige morfogenen) in één richting door de populatie diffunderen.

Toen de morfogenen in contact kwamen met de druppeltjes, de druppeltjes transformeerden rij voor rij in membraangebonden protocellen met verschillende vormen, chemische samenstellingen en enzymactiviteiten. Hoe de druppeltjes veranderden, was afhankelijk van de lokale morfogeenconcentratie in de voortschrijdende chemische gradiënt.

Er werden golven van differentiatie door de bevolking gezien, een patroon van gedifferentieerde protocellen achterlatend zodat een complexe en geordende gemeenschap spontaan ontstond uit de homogene populatie.

Professor Mann zei:"Dit werk opent een nieuwe horizon in protocelonderzoek omdat het de mogelijkheden benadrukt voor het spontaan construeren van protocelgemeenschappen met graduele structuur en functionaliteit.

"Hoewel het onderzoek nog maar net begint, de resultaten bieden een stap in de richting van de ontwikkeling van kunstmatige celplatforms voor chemische detectie en monitoring onder niet-evenwichtige (stroomgebaseerde) omstandigheden."

Dr. Tian voegde toe:"Aangezien op druppeltjes gebaseerde protocellen zijn voorgesteld als plausibele voorlopers van membraangebonden protocellen op de vroege aarde, ons werk zou implicaties kunnen hebben voor hedendaagse theorieën over de oorsprong van het leven.

"Vooral, aangezien chemische gradiënten protoceldiversiteit produceren uit uniforme populaties, misschien was een soortgelijk mechanisme verantwoordelijk voor de opkomst van functionele complexiteit in oude proto-levende systemen."