Експерименти свідчать, що цикли заморожування-відтавання в крижаному середовищі могли сприяти росту та відбору примітивних мембранних структур, формуючи ранні протоклітини.
Дослідники з ELSI (Institute for Earth-Life Science) змоделювали «протоклітини» — прості ліпідні везикули, що інкапсулюють молекули ДНК. Вони використали фосфоліпіди POPC, PLPC та DOPC, які відрізняються ступенем «ненасиченості» — кількістю подвійних зв’язків в ацильних ланцюгах. Більша ненасиченість означає вищу плинність мембрани. Це дозволило перевірити, як склад мембрани впливає на злиття та стабільність компартментів.
Після кількох циклів заморожування-відтавання (F/T) везикули, багаті на PLPC і DOPC, активно зливалися та збільшувалися в розмірі. Натомість POPC утворював щільні агрегати без значного росту. «Мембрани можуть дестабілізуватися під впливом кристалів льоду… що полегшує злиття», — пояснює Нацумі Нода. Виявлено композиційний зсув у бік PLPC — ліпіду з вищою схильністю до росту.
Важливо, що PLPC-везикули ефективніше утримували ДНК після циклів F/T. Це означає, що молекули, інкапсульовані в «успішніших» мембранах, успадковувалися разом із ними. Такий механізм нагадує примітивну форму відбору, де фізико-хімічні властивості визначають придатність компартменту. На відміну від сучасних клітин, тут немає генетичного контролю — лише матеріальні параметри системи.
Лід концентрує розчинені речовини, витісняючи їх із кристалів, що ростуть. Це створює локальні зони з підвищеною концентрацією органічних молекул. У таких умовах мембрани з більшою плинністю легше зливаються, сприяючи молекулярному змішуванню. Проте надмірна плинність підвищує ризик витоку — виникає компроміс між стабільністю та проникністю.
«Функція, кодована генами, зрештою може взяти на себе протоклітинну придатність», — зазначає Томоакі Мацуура. Отримані результати підтримують гіпотезу, що крижані середовища могли бути рушійними чинниками ранньої еволюції клітиноподібних структур. Це розширює спектр можливих сценаріїв походження життя поза межами гідротермальних чи висихаючих екосистем.