לפני שהחיים התחילו על פני כדור הארץ, ככל הנראה הסביבה הכילה מספר עצום של כימיקלים שהגיבו זה עם זה באופן אקראי פחות או יותר, ולא ברור כיצד דברים מורכבים כמו תאים יכלו לצוץ מכאוס כימי כזה. כעת, צוות בראשות טוני ז' ג'יה מהמכון למדעי כדור הארץ (ELSI) במכון הטכנולוגי של טוקיו וקוהאן צ'אנדרו מהאוניברסיטה הלאומית של מלזיה, הראה כי חומצות ?-הידרוקסי פשוטות, כמו חומצה גליקולית וחומצה לקטית. (שנעשה בו שימוש בפילינג נפוץ לפנים שנרכש בחנות), מתפלמר באופן ספונטני ומרכיבים את עצמם למיקרו-טיפות פוליאסטר כאשר מיובשים בטמפרטורות מתונות ולאחר מכן ריידציה, כפי שאולי היה קורה לאורך חופים פרימיטיביים וגדות נהר או בשלוליות ייבוש.אלה יוצרים סוג חדש של תאים דמויי תאים שיכולים ללכוד ולרכז ביומולקולות כמו חומצות גרעין וחלבונים. טיפות אלו, שלא כמו רוב התאים המודרניים, מסוגלות להתמזג בקלות ולעשות רפורמה ובכך היו יכולות לארח מערכות גנטיות ומטבוליות מוקדמות מגוונות שעלולות להיות קריטיות למקורות החיים.
מדענים מרחבי העולם פועלים באופן פעיל כדי להבין איך התחילו החיים. כל חיי כדור הארץ המודרניים, מחיידקים ועד בני אדם, מורכבים מתאי. תאים מורכבים משומנים, חלבונים וחומצות גרעין, כאשר השומנים יוצרים את קרום התא, מתחם ששומר על שאר הרכיבים יחד ומתממשק עם הסביבה, מחליף מזון ופסולת. כיצד מכלול מולקולרי מורכב כמו תאים שנוצרו במקור נותר בגדר תעלומה.
רוב מקורות המחקר של החיים מתמקדים באופן שבו המולקולות והמבנים הקיימים בחיים העכשוויים נוצרו על ידי הסביבה, ולאחר מכן הורכבו למבנים שהובילו לתאים הראשונים.עם זאת, סביר להניח שהיו סוגים רבים אחרים של מולקולות שנוצרו לצד ביו-מולקולות בכדור הארץ הקדום, וייתכן שהחיים התחילו להשתמש בכימיה פשוטה מאוד שאינה קשורה לביו-מולקולות מודרניות ואז התפתחו בשלבים מורכבים יותר ויותר כדי להוליד את המבנים המצויים בתאים מודרניים.
עבודה קודמת שנערכה ב-ELSI הראתה שיבוש בטמפרטורה מתונה של התרכובות האורגניות הפשוטות הידועות בשם חומצות אלפא הידרוקסיות, שנמצאות במטאוריטים ובסימולציות רבות של כימיה פרה-ביולוגית, מפילמר אותן באופן ספונטני לתערובות של פוליאסטרים ארוכים. בהתבסס על עבודה זו, ג'יה ועמיתיו עשו את הצעד הבא ובחנו את התגובות הללו תחת המיקרוסקופ, וגילו שמערכות הפוליאסטר המעורבות הללו יוצרות שלב ג'ל ומתגבשות באופן ספונטני מעצמן בעת הרטבה מחדש ליצירת מבנים פשוטים דמויי תאים.
ההיבט המאתגר ביותר בעבודה זו היה תכנון שיטות חדשות לאפיון המאפיינים והתפקודים של הטיפות, מכיוון שאיש לא ניתח מערכות כאלה קודם לכן.ג'יה ציין שלצוות היה מזל שיש לו מגוון כזה של מומחיות רב-תחומית, כולל כימאים, ביוכימאים, מדעני חומרים וגיאולוגים. לאחר שקבעו את הרכבם והראו את נטייתם להרכבה עצמית, השאלה הבאה הייתה האם מבנים דמויי תאים אלו יכולים לעשות משהו שימושי מבחינה כימית. ממברנות תאים מודרניות מבצעות פונקציות חיוניות רבות המסייעות בשמירה על התא; למשל, שמירה על מקרומולקולות ומטבוליטים במקום אחד, כמו גם אספקת סביבה פנימית קבועה, שיכולה להיות שונה מאוד מזו שמחוץ לתא. תחילה הם מדדו עד כמה המבנים הללו יציבים ומצאו שהם יכולים להתמיד לתקופות ארוכות מאוד בהתאם לתנאי הסביבה, אבל אפשר גם לגרום להתמזגות ולהתלכד.
לאחר מכן הם בדקו את יכולתם של המבנים הללו לסחוב מולקולות מהסביבה וגילו שהם צברו מולקולות צבע גדולות במידה יוצאת דופן. לאחר מכן הם הראו שהטיפות הללו יכולות לארח גם מולקולות RNA וחלבון ועדיין לאפשר להן להיות קטליטיות פונקציונלית.יתרה מכך, הצוות הראה שהטיפות יכולות לסייע ביצירת שכבת שומנים על פני השטח שלהן, מה שמרמז שהן יכלו לסייע ביצירת פיגום פרוטו-תאים.
Jia ועמיתיו לא בטוחים שהמבנים האלה הם אבותיהם הישירים של תאים, אבל הם חושבים שייתכן שטיפות כאלה יכלו לאפשר הרכבה של פרוטו-תאים על פני כדור הארץ. מערכת המידור החדשה שהם מצאו היא פשוטה ביותר, הם מציינים, ויכולה להיווצר בקלות בסביבות פרימיטיביות ברחבי היקום. אומר ג'יה, "זה מאפשר לנו לדמיין מערכות לא ביולוגיות על כדור הארץ הקדום שעדיין יכלו להשפיע על מקורות החיים על פני כדור הארץ. זה מצביע על כך שייתכן שיהיו מערכות לא ביולוגיות רבות אחרות שצריכות להיות מטרות לחקירות עתידיות של הסוג הזה." הוא חושב שהפיתוח של מערכות מודל אלה או דומות יכול לאפשר מחקר טוב יותר של האבולוציה של מערכות כימיות מגוונות המייצגות את הכימיה המורכבת שסביר שיימצאו בגופים פלנטריים פרימיטיביים.
"כדור הארץ המוקדם היה בהחלט מקום מבולגן מבחינה כימית", מסביר ג'יה, "ולעתים קרובות רוב מחקרי מקורות החיים מתמקדים בביומולקולות מודרניות בתנאים "נקיים" יחסית. אולי חשוב לקחת את התערובות ה"מבולגנות" הללו ולראות אם יש פונקציות או מבנים מעניינים שיכולים להיווצר מהם באופן ספונטני". המחברים חושבים כעת שעל ידי הגדלת המורכבות הכימית של מערכות כאלה באופן שיטתי, הם יוכלו לראות כיצד הן מתפתחות לאורך זמן ואולי לגלות תכונות שונות ומתעוררות.
"יש לנו מערכת ניסויית חדשה שעכשיו אנחנו יכולים לשחק איתה, כדי שנוכל להתחיל לחקור תופעות כמו אבולוציה ויכולת התפתחות של טיפות אלה. השילובים האפשריים של מבנים או פונקציות לטיפות האלה עשויות להיות כמעט אינסופיות. אם כללים פיזיקליים השולטים ביצירת טיפות הם אוניברסליים למדי באופיים, אז אנו מקווים לחקור מערכות דומות כדי לגלות אם הן יכולות ליצור גם מיקרוטיפות בעלות תכונות חדשות", מוסיף ג'יה.
לבסוף, בעוד הצוות מתמקד כעת בהבנת מקורות החיים, הם מציינים למחקר הבסיסי הזה יכול להיות יישומים בתחומים אחרים, למשל, מתן תרופות ורפואה מותאמת אישית. "זו רק דוגמה נפלאה לדרכים הבלתי צפויות שבהן פרויקטים יכולים להתפתח כאשר צוות של מדענים מגוונים מרחבי העולם מתכנסים כדי לנסות ולהבין תופעות חדשות ומעניינות", אמר חבר הצוות ג'ים קליבס, גם הוא מ-ELSI.
