p Os compartimentos de protocélulas usados ​​como modelos para uma etapa importante na evolução inicial da vida na Terra podem ser feitos de polímeros curtos. Os polímeros curtos, que se aproximam melhor do tamanho provável das moléculas disponíveis na Terra primitiva, formar os compartimentos por meio da separação de fase líquido-líquido da mesma maneira que os polímeros mais longos. Embora não tenham membrana separando-os de seu ambiente, as protocélulas podem sequestrar RNA e manter microambientes internos distintos, em alguns aspectos, superando até mesmo compartimentos semelhantes feitos de polímeros mais longos. p Um artigo que descreve a pesquisa, por cientistas da Penn State, aparece em 23 de novembro no jornal Nature Communications .

p "Um passo importante para a evolução inicial da vida na Terra é a compartimentação, "disse Christine Keating, distinto professor de química da Penn State e um dos líderes da equipe de pesquisa. “Os seres vivos precisam ser separados de algum modo de seu ambiente. Queríamos saber se poderíamos fazer compartimentos que pudessem funcionar como protocélulas a partir de moléculas que fossem mais semelhantes em tamanho às moléculas que estariam disponíveis na Terra quando a vida estava começando. "

p Os pesquisadores criam os compartimentos, chamados de "coacervatos complexos, "combinando dois polímeros com cargas opostas em uma solução. Os polímeros são atraídos um pelo outro e podem formar gotículas por meio da separação de fase líquido-líquido, semelhante a gotículas de óleo se formando em um molho para salada à medida que se separa. Dependendo das condições, os polímeros podem permanecer uniformemente distribuídos na solução, eles podem formar os coacervados semelhantes a protocélulas, ou eles podem se agrupar para formar agregados sólidos.

p Os pesquisadores compararam diferentes comprimentos de polímeros compostos de unidades carregadas, de 1 a 100 unidades. Os polímeros mais longos têm cargas mais altas, são mais fortemente atraídos um pelo outro, e podem formar compartimentos mais facilmente em um conjunto mais amplo de condições experimentais.

p "Testamos um grande número de combinações de tipos e comprimentos de polímeros para tentar estabelecer os parâmetros para a formação de compartimentos, "Fatma Pir Cakmak, um estudante de pós-graduação na Penn State na época da pesquisa e primeiro autor do artigo. "Descobrimos que polímeros com apenas cinco unidades de comprimento podem formar compartimentos estáveis."

p Os pesquisadores então testaram a capacidade dos compartimentos feitos de polímeros curtos para executar certas funções de uma protocélula. Os compartimentos eram estáveis ​​em uma variedade de concentrações de sal e, dependendo das combinações de polímero, foram capazes de manter um pH aparente dentro daquele compartimento que era diferente do pH da solução circundante.

p "Não sabemos em que condições se formou a vida, "disse Saehyun Choi, um estudante de graduação na Penn State e um dos autores do artigo. "Poderia ter sido no oceano, em água salobra, ou em água doce. Os compartimentos eram estáveis ​​em concentrações de sal altas o suficiente para sugerir que eles são um modelo relevante para qualquer uma dessas situações. "

p Quando as moléculas de RNA de fita simples foram adicionadas à solução, os compartimentos feitos de polímeros mais curtos foram mais capazes de sequestrar o RNA do que os compartimentos feitos de polímeros mais longos. As moléculas de RNA dentro dos compartimentos foram concentradas em até 500 vezes a solução circundante. As moléculas de RNA de fita dupla também foram sequestradas pelos compartimentos e eram mais estáveis ​​nos compartimentos feitos de polímeros mais curtos.

p A equipe de pesquisa também testou a capacidade do RNA de manter sua estrutura dobrável e tridimensional dentro dos compartimentos.

p "Nas condições que testamos, RNA formed much of its secondary structure but did not maintain its fully native folding inside the compartments, " said McCauley O. Meyer, a graduate student at Penn State and an author of the paper. "We saw basically no difference based on the size of the polymers forming the compartments, so it may just be that we didn't have enough of a key component—something like magnesium, which is important for fully native RNA folding."

p The results show that even with simple small components, compartments that are capable of many of the hallmarks of protocells can be made.

p "It's a powerful finding to see that we can make these compartments out of such short polymers and in some ways, like accumulating RNAs, they function better than ones made from longer polymers, " said Keating. "Our findings suggest that even if only smaller molecules were available on the early Earth, functional compartments could form. Over time, larger molecules could have been incorporated as they became available."

p The researchers emphasize that the polymers they are using capture the essence of plausible early Earth molecules but are likely not like the ones available on the early Earth, except in size. They stated that they are not attempting to recreate the conditions of early Earth that led to the evolution of life.

p "What we're after is not the precise transcript of what happened on Earth billions of years ago, " said Phil Bevilacqua, distinguished professor of chemistry and of biochemistry and molecular biology at Penn State, and one of the leaders of the research team. "Em vez de, we want to know how feasible it is for life to start. We're exploring boundary conditions, and you have to have short polymers before you get long polymers."