Bugün öğrendim ki: Kildeki kabarcıkların ilk protoceller için bariyerler oluşturmuş olabileceği ve bilipid zarlar gibi daha karmaşık organik yöntemlerden önce biyomoleküllerin bölümlere ayrılmasını sağlamış olabileceği düşünülmektedir.
Cambridge, Mass. – 7 Şubat 2011 – Harvard Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS), Princeton ve Brandeis'ten uygulamalı fizikçilerden oluşan bir ekip, inorganik kilden yarı geçirgen veziküllerin oluşumunu gösterdi.
Bu hafta Soft Matter dergisinde çevrimiçi yayınlanan araştırma, kil veziküllerinin karmaşık organik moleküllerin bölmelenmesi için ideal bir kap sağladığını gösteriyor.
Yazarlar, keşfin ilkel hücrelerin inorganik kil mikrokompartımanları içinde oluşmuş olabileceği olasılığını açtığını belirtiyorlar.
SEAS'ta doktora adayı olan baş yazar Anand Bala Subramaniam, "On yıllara dayanan pek çok çalışma, ilginç kimyanın ortaya çıkmasına izin vermek için molekülleri ve nanoparçacıkları konsantre etmede hava kabarcıklarının rolünü araştırıyor" diyor.
Subramaniam, "Şimdi, sulu faz kimyasını dışlayan iki fazlı bir kil-hava kabarcığı sisteminden tek bir sulu fazlı kil vezikülü sistemine geçiş için tam bir fiziksel mekanizma sağladık," diyor ve "çevrede kolayca bulunan malzemelerden yarı geçirgen bir vezikül yarattık."
Yazarların kil vezikülü oluşumunun şeması; üstte kil kabuğunun ve çözünen kabarcığın kesit görünümünü ve altta su-hava arayüzünün görünümünü gösteriyor. Görüntü izniyle: Anand Bala Subramaniam.
Su altında hava kabarcıklarının dış yüzeyinde montmorillonitli plaka benzeri parçacıklar toplandığında doğal olarak "kil zırhlı kabarcıklar" oluşur.
Kil kabarcıkları, sudan daha düşük yüzey gerilimine sahip etanol ve metanol gibi basit organik sıvılarla temas ettiğinde, sıvı örtüşen plakaları ıslatır. Kil kabuğunun iç yüzeyi ıslandıkça, içerideki rahatsız olan hava kabarcığı çözünür.
Sonuçta ortaya çıkan kil vezikülü, içerideki su ile dışarıdaki su arasında fiziksel bir sınır oluşturan güçlü, küresel bir kabuktur. Yarı saydam, hücre benzeri veziküller, okyanus gibi dinamik, sulu bir ortamda içeriklerini koruyacak kadar sağlamdır.
Vezikül duvarlarındaki mikroskobik gözenekler, kimyasal yapı taşlarının "hücreye" girmesine izin verirken daha büyük yapıların dışarı çıkmasını engelleyen yarı geçirgen bir zar oluşturur.
Bu SEM görüntüsü, bir kil vezikülünün dış yüzeyini gösteriyor. Fotoğraf izniyle: Anand Bala Subramaniam.
Bilim insanları bol miktarda bulunan bir kil olan montmorilloniti yüzlerce yıldır incelemektedir ve mineralin kimyasal bir katalizör görevi görerek lipitlerin zarlar oluşturmasını ve tek nükleotidlerin RNA iplikçikleri halinde birleşmesini teşvik ettiği bilinmektedir.
Lipozomlar ve RNA, ilkel yaşamın temel öncülleri olacağından, Subramaniam ve ortak yazarları, kil veziküllerindeki gözeneklerin hem seçici giriş noktaları hem de katalitik bölgeler olarak çift görev yapabileceğini öne sürüyorlar.
Princeton'da Makine ve Havacılık Mühendisliği Dixon Profesörü ve eski bir Harvard öğretim üyesi olan baş araştırmacı Howard A. Stone, "Buradaki sonuç, küçük yağ asidi moleküllerinin içeri girip daha büyük yapılara kendi kendine birleşmesi ve sonra çıkamamasıdır," diyor. "Eğer bir kil vezikülünde korunmanın bir faydası varsa, bu, kendi kendini organize edebilen molekülleri tercih etmenin ve seçmenin doğal bir yoludur."
Gelecekteki araştırmalar, plaka benzeri kil parçacıkları arasındaki ve sıvılar ile kil arasındaki fiziksel etkileşimleri inceleyecektir. Araştırmacılar ayrıca bu kil veziküllerinin günümüzde doğal ortamda bulunup bulunamayacağını da merak ediyorlar.
Subramaniam, "Kil veziküllerinin yaşamın kökenlerinde önemli bir rol oynayıp oynamadığı elbette bilinmiyor," diyor, "ancak bu kadar sağlam olmaları, kilin iyi bilinen katalitik özellikleriyle birleştiğinde, bir rol oynamış olabileceklerini düşündürüyor."
Subramaniam ve Stone'un ortak yazarları arasında Princeton Üniversitesi'nden Jiandi Wan ve Brandeis Üniversitesi'nden Arvind Gopinath bulunmaktadır.
Araştırma, Harvard Malzeme Araştırma Bilim ve Mühendislik Merkezi tarafından finanse edilmiş ve Harvard Beyin Bilimi Görüntüleme Tesisi tarafından desteklenmiştir.
###
Video ve yüksek çözünürlüklü fotoğraflar talep üzerine mevcuttur.