Antes que a vida começasse na Terra, o ambiente provavelmente continha um grande número de produtos químicos que reagiam uns com os outros mais ou menos aleatoriamente, e não está claro como a complexidade das células poderia ter emergido de tal caos químico. Agora, uma equipe liderada por Tony Z. Jia do Instituto de Tecnologia de Tóquio e Kuhan Chandru da Universidade Nacional da Malásia mostrou que α-hidroxiácidos simples, como ácido glicólico e láctico, polimerizam espontaneamente e se auto-montam em microgotículas de poliéster quando secas em temperaturas moderadas, seguido de reidratação. Pode ser o que aconteceu ao longo de praias primitivas e margens de rios, ou em poças de secagem. Estes formam um novo tipo de compartimento semelhante a uma célula que pode capturar e concentrar biomoléculas como ácidos nucléicos e proteínas. Essas gotículas, ao contrário da maioria das células modernas, são capazes de se fundir e reformar facilmente, e, portanto, poderia ter hospedado sistemas genéticos e metabólicos versáteis e potencialmente críticos para as origens da vida.

Toda a vida na Terra é composta de células. As células são compostas de lipídios, proteínas e ácidos nucléicos, com o lipídio formando a membrana celular, um invólucro que mantém os outros componentes juntos e faz interface com o ambiente, trocando alimentos e resíduos. Como associações moleculares tão complexas quanto as células formadas originalmente permanece um mistério.

A maioria das pesquisas sobre as origens da vida concentra-se em como as moléculas e estruturas da vida foram produzidas pelo meio ambiente, e então montados em estruturas que levaram às primeiras células. Contudo, provavelmente havia muitos outros tipos de moléculas que se formaram ao lado de biomoléculas na Terra primitiva, e é possível que a vida tenha começado usando uma química muito simples, não relacionada às biomoléculas modernas, em seguida, evoluiu por estágios cada vez mais complexos para dar origem às estruturas encontradas nas células modernas.

Trabalhos anteriores realizados na ELSI mostraram que a secagem a temperatura moderada de compostos orgânicos simples conhecidos como alfa-hidroxiácidos, que são encontrados em meteoritos e muitas simulações de química pré-biologica, polimeriza-os espontaneamente em misturas de poliésteres longos. Com base neste trabalho, Jia e colegas deram o próximo passo e examinaram essas reações ao microscópio, e descobriram que esses sistemas mistos de poliéster formam uma fase de gel e se automontam espontaneamente quando reumedecidos para formar estruturas semelhantes a células simples.

O aspecto mais desafiador deste trabalho foi desenvolver novos métodos para caracterizar as propriedades e funções das gotículas, já que ninguém havia analisado tais sistemas antes. Jia observou que a equipe teve a sorte de ter uma diversidade de conhecimentos multidisciplinares, incluindo químicos, bioquímicos, cientistas de materiais e geólogos. Depois de determinar sua composição e mostrar sua propensão para a automontagem, a próxima questão era se essas estruturas semelhantes a células seriam capazes de fazer algo quimicamente útil. As membranas celulares modernas desempenham muitas funções cruciais que ajudam a manter a célula, por exemplo, retendo macromoléculas e metabólitos em um só lugar, além de fornecer um ambiente interno constante, que pode ser muito diferente do que está fora da célula. Eles primeiro mediram o quão estáveis ​​essas estruturas eram e descobriram que poderiam persistir por períodos muito longos, dependendo das condições ambientais, mas também pode ser feito para fundir e coalescer.

Eles então testaram a capacidade dessas estruturas de sequestrar moléculas do ambiente e descobriram que acumulavam grandes moléculas de corante em um grau notável. Eles então mostraram que essas gotículas também podiam hospedar moléculas de RNA e proteínas e ainda permitir que fossem funcionalmente catalíticas. Avançar, a equipe mostrou que as gotículas podem auxiliar na formação de uma camada lipídica em sua superfície, sugerindo que eles poderiam ter ajudado na formação de protocélulas de cadafalso.

Jia e seus colegas não têm certeza de que essas estruturas são os ancestrais diretos das células, mas eles acham que essas gotículas podem ter possibilitado a montagem de protocélulas na Terra. O novo sistema de compartimentação que encontraram é extremamente simples, eles notam, e poderia se formar facilmente em ambientes primitivos em todo o universo. Jia disse, "Isso nos permite imaginar sistemas não biológicos na Terra primitiva que ainda poderiam ter influenciado as origens da vida. Isso sugere que pode haver muitos outros sistemas não biológicos que deveriam ser alvos de futuras investigações desse tipo." Ele acredita que o desenvolvimento desses sistemas modelo ou similares poderia permitir um melhor estudo da evolução de diversos sistemas químicos representativos das químicas complexas que podem ser encontradas em corpos planetários primitivos.

"A Terra primitiva era certamente um lugar quimicamente confuso, "Jia explica, "e frequentemente, a maioria dos estudos sobre origens da vida concentra-se em biomoléculas modernas sob condições relativamente "limpas". Talvez seja importante pegar essas misturas 'complicadas' e ver se há funções ou estruturas interessantes que podem surgir delas espontaneamente. "Os autores agora pensam que, aumentando sistematicamente a complexidade química de tais sistemas, eles serão capazes de observar como eles evoluem ao longo do tempo e possivelmente descobrir propriedades divergentes e emergentes.

"Temos este novo sistema experimental com o qual podemos brincar, então podemos começar a estudar fenômenos como evolução e evolucionabilidade dessas gotículas. As combinações possíveis de estruturas ou funções que essas gotículas podem ter são quase infinitas. Se as regras físicas que governam a formação de gotículas são de natureza bastante universal, então esperamos estudar sistemas semelhantes para descobrir se eles também podem formar microgotículas com novas propriedades, "acrescenta Jia.

Finalmente, enquanto a equipe está atualmente focada em compreender as origens da vida, eles observam que esta pesquisa básica pode ter aplicações em outras áreas, por exemplo, entrega de medicamentos e medicina personalizada. "Este é apenas um exemplo maravilhoso das maneiras inesperadas como os projetos podem se desenvolver quando uma equipe de diversos cientistas de todo o mundo se reúne para tentar compreender fenômenos novos e interessantes, "disse o membro da equipe Jim Cleaves, também de ELSI.