Химики описали новый
вариант образования предшественников живых клеток в водном растворе — областей, где могли бы накапливаться органические вещества. По их мнению, подходящими
свойствами обладают лишенные мембран капли, сформированные полиэфирами
альфа-гидроксикислот. Эти вещества часто синтезируются вместе с аминокислотами
и присутствовали во времена зарождения жизни, а микрокапли из них спонтанно
образуются после цикла высушивания и смачивания, что могло происходить по берегам
первичных водоемов, пишут авторы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciencs.
Сегодня вопрос о
происхождении жизни остается нерешенным. На этот счет предложено множество идей
и теоретических концепций, однако полноценного понимания о процессе перехода от
добиологических химических реакций к первым объектам, для которых будут
характерны черты живой материи, то есть, в частности, наследственность и отбор,
не ясны. Одна из ключевых идей в
этой области была высказана советским биохимиком Александром Опариным в 1924
году. Он считал, что промежуточным звеном при переходе к живым клеткам
являются самопроизвольно образующиеся области повышенной концентрации
органических веществ, которые он назвал коацерватами. Теория Опарина содержала
и другие предположения, например, о первичной роли белков, которые сегодня отвергнуты, но идея о формировании коацерватов или, в более общем
смысле, «компартментализации», остается основой большинства подходов.
Одним из косвенных подтверждений
роли коацерватов является распространенность различных разграничений в
современных живых формах: эту роль играют мембраны как самих клеток, так и их
отдельных органелл. Однако у современных клеток мембраны состоят из сложных
липидов, которых не было в эпоху зарождения жизни, поэтому считается,
что протоклетки обособлялись от окружающей среды при помощи других веществ.
Ученые из
Токийского технологического института под руководством Тони Цзя (Tony Jia)
показали, что спонтанная компартментализация возможна на основе альфа-гидроксикислот
(Alpha Hydroxy Acids, AHAs) — достаточно простых
органических соединений, распространенных как в добиологическую эру, так и у
современных организмов. AHA в отсутствии специальных ферментов естественным
образом синтезируются вместе с образующими белки аминокислотами, встречаются в метеоритах, а сегодня некоторые из них входят в состав
косметических средств по уходу за кожей.
В одной из предыдущих
работ химики выяснили, что высушивание растворов AHA приводит к их полимеризации, то есть объединению
в длинные цепочечные молекулы. В новой работе ученые продемонстрировали, что последующее
добавление воды к высушенным кислотам с разнообразными боковыми цепями приводит
к формированию множества капель с разными свойствами, которые по размеру
примерно соответствуют эритроцитам.
Полученные структуры не
обладали внешним слоем, то есть были безмембранными. Тем не менее, авторы
показали их способность удерживать некоторые критически важные для жизни соединения,
такие как молекулы РНК. Также исследователи обнаружили, что белки могут
выполнять свои функции в таких микрокаплях, а жирные кислоты могут формировать
полноценные мембраны вокруг них.
Проведенное
исследование нельзя назвать раскрывающим загадку возникновения жизни, оно лишь показывает
один из возможных путей, для которого существовали необходимые вещества. Тем не
менее, простота изученной системы и примитивность среды, в которой она может
образовываться, обеспечивает возможность формирования таких капель задолго до появления
настоящих клеток. Авторы отмечают, что полученные результаты могут
пригодиться в совсем другой области — подобные структуры потенциально полезны в
медицине для доставки небольших порций лекарств в нужные ткани.
Ранее химикам удалось синтезировать пептиды в условиях ранней Земли, связать возникновение глины с зарождением жизни и решить проблему фосфора в добиологической РНК при помощи микрокапель.
Тимур Кешелава
