Sự sống trước khi có protein

Tế bào sơ khai có thể đã nạp năng lượng thông qua màng phân tử bằng chất béo. Rất lâu từ trước khi có gà và trứng, sự sống phải giải bài toán khó “gà có trước hay trứng có trước”.

Những tế bào đầu tiên trên trái đất sơ khai cần chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh để phát triển và sinh sôi đủ lâu nhằm tiến hóa những protein phức tạp. Nhưng lớp màng bao bọc tế bào hiện đại cần những protein phức tạp đóng vai trò làm lỗ thấm hút để dinh dưỡng đi vào tế bào. Giả thiết cho rằng, các tế bào sơ khai không cần có những lỗ protein phức tạp này, vì vậy các nhà khoa học thắc mắc làm thế nào các tế bào sống đầu tiên lấy được dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài.

Trong khi cố gắng tạo ra các tế bào đơn giản nhân tạo như ban đầu, các nhà nghiên cứu đã phát hiện một cách khả dĩ cho tình huống này. Bằng cách tạo ra màng nhân tạo từ các hợp chất phân tử chất béo khác nhau từ màng của tế bào hiện đại, các nhà khoa học phát hiện ra công thức mà các màng cho phép dinh dưỡng đi vào tế bào.

Các thí nghiệm trước đây chứng minh rằng phân tử chất béo dùng trong thí nghiệm có thể đã tồn tại trên trái đất trước khi sự sống bắt đầu, và trong nước muối những phân tử này cuộn tròn tự phát thành những quả cầu nhỏ rồi từ đó tạo nên những tế bào đầu tiên.

Người ta nghi ngờ rằng những tế bào sống đầu tiên thực sự có màng từ đúng các hợp chất chất béo dùng trong những thí nghiệm đó, các nhà khoa học cũng đồng ý như vậy. Nhưng công trình lại cho thấy điều này có thể theo quy luật tự nhiên là các tế bào sơ khai nhận chất dinh dưỡng từ môi trường mà không cần sự giúp đỡ của protein. Nhóm đã trình bày trên ấn bản Nature trực tuyến 04 tháng 06.

Theo nhà khoa học chính Jack Szostak, nhà di truyền học tại Bệnh viện đa khoa Massachusetts ở Boston, “Tôi không nghĩ rằng có bất kỳ công trình nào trước đây chứng mình rằng bạn có thể thu được chất dinh dưỡng qua lớp màng. Đây là cái nhìn cận cảnh đầu tiên vào việc làm thế nào khiến nó hoạt động.”

Trong khi các lớp màng, gồm axit béo và glycerol monoester thay vì phospholipids tìm thấy trong tế bào ngày nay, cho phép các chất dinh dưỡng bé lọt qua, những phân tử tương tự như DNA lớn hơn bị giữ lại bên trong quả cầu. Vì vậy tế bào tạo từ loại màng này có thể giữ lại mã di truyền của chúng.

Công trình “chắc chắn sẽ có đóng góp nhất định khi cho rằng những ngăn bao quanh bởi màng đơn giản có thể tồn tại một cách tự nhiên”, theo như nhận xét của Robert Shapiro, nhà nghiên cứu nguồn gốc sự sống tại ĐH New York.

Mục tiêu cuối cùng của Szotak là tạo ra được dạng sống đơn giản của sự sống nhân tạo bằng cách gói những phân tử tương tự DNA, tự nhân bên trong những lớp màng như thế và cung cấp dinh dưỡng để các “tiền tế bào” có thể phát triển và phân chia.

“Nếu chúng tôi không cố tạo ra những tiền tế bào, chúng tôi sẽ không bao giờ phát hiện ra điều này.”