Vědci z NYU: olejové kapky ve vodě napodobují chování živých buněk

Vědci z Newyorské univerzity (NYU) popsali mikroskopické kapky oleje ve vodě, které dokážou měnit svůj tvar komplexními a kontrolovatelnými způsoby a zároveň pohlcovat okolní materiál. Chování těchto drobných struktur podle výzkumníků připomíná některé základní vlastnosti živých buněk, což otevírá otázky o tom, jak se v přírodě mohly zrodit první podoby života.

Kapky oleje ve vodě se na první pohled zdají jako jednoduchý fyzikální systém – olej a voda se přirozeně neslučují, a proto olej tvoří ve vodě samostatné útvary. Podle týmu z NYU je ale za určitých podmínek možné tyto kapky přimět k mnohem složitějšímu chování, než je pouhé plavání či splývání do větších bublin. Kapky dokážou měnit svůj tvar podle konkrétních, opakovatelných vzorců, což znamená, že jejich chování není nahodilé, ale lze je do jisté míry předvídat a řídit.

Kromě schopnosti transformace popisují výzkumníci také to, že kapky mohou pohlcovat látky ze svého okolí. Tato vlastnost je podle nich klíčová, protože právě schopnost přijímat a zpracovávat okolní materiál je jedním ze základních znaků, které odlišují živé organismy od neživé hmoty. Živé buňky si stejným způsobem vyměňují látky s prostředím, přijímají živiny a zbavují se odpadních produktů, a to vše prostřednictvím membrány, která obklopuje jejich obsah.

Právě podobnost s buněčnými procesy stojí v centru zájmu vědců. Mikroskopické olejové kapky totiž nejsou živé v žádném biologickém smyslu, jde o čistě chemický a fyzikální systém. Přesto vykazují některé rysy, které jsou typické pro živé buňky – schopnost reagovat na okolí, měnit svou strukturu a interagovat s prostředím způsobem, který připomíná metabolismus nebo pohyb jednobuněčných organismů.

Výzkum tohoto typu spadá do širší oblasti zkoumání takzvané protobuněčné chemie, tedy snahy pochopit, jak mohly vzniknout první struktury, které následně vedly ke vzniku života na Zemi. Otázka, jak se z neživé hmoty mohly vytvořit první organismy schopné růstu, reprodukce a reakce na okolí, patří k nejsložitějším v přírodních vědách. Jednoduché fyzikálně-chemické systémy, jako jsou olejové kapky ve vodě, nabízejí vědcům možnost studovat základní principy, které by mohly stát za vznikem takových struktur, aniž by bylo nutné zapojit biologické molekuly typu DNA nebo proteinů.

Kapky ve výzkumu NYU fungují na principu, kdy rozhraní mezi olejem a vodou reaguje na chemické nebo fyzikální podněty v okolí. Díky tomu je možné ovlivňovat, jak se kapka deformuje, roztahuje nebo naopak stahuje, a jakým způsobem interaguje s látkami, které se nacházejí v jejím bezprostředním okolí. Tento typ chování se výrazně liší od klasického pozorování olejových kapek, které se ve vodě obvykle chovají jako stabilní, nepříliš aktivní útvary.

Podle vědců by podobné systémy mohly v budoucnu sloužit i jako model pro vývoj nových materiálů nebo technologií inspirovaných přírodou. Schopnost cíleně řídit tvar a chování mikroskopických struktur má potenciální využití například v oblasti chemie materiálů, kde se hledají způsoby, jak vytvářet složitější struktury z relativně jednoduchých výchozích látek.

Výzkumníci zdůrazňují, že jde o základní vědecký výzkum, jehož primárním cílem je lépe porozumět fyzikálním a chemickým principům, které stojí za komplexním chováním jednoduchých systémů. Přímé praktické aplikace nejsou v tuto chvíli hlavním předmětem studie, přesto podobné poznatky mohou v dlouhodobém horizontu přispět k rozvoji oborů, jako je biochemie, nanotechnologie nebo výzkum původu života.

Zjištění týmu z NYU tak přidávají další dílek do skládanky, která se snaží objasnit, jak mohla neživá hmota za specifických podmínek na rané Zemi začít vykazovat vlastnosti, jež jsou dnes considered typické pro živé organismy. I když mikroskopické olejové kapky zůstávají vzdálené od skutečné buněčné komplexity, jejich schopnost měnit tvar a pohlcovat okolí ukazuje, že hranice mezi neživou a živou hmotou může být méně ostrá, než se dříve předpokládalo.