Исследователи считают, что мембраны, возможно, помогли объединить строительные блоки жизни.
Эксперты считают, что строительные блоки жизни впервые столкнулись друг с другом около 3,5 миллиардов лет назад. Это случайное столкновение каким-то образом помогло сформировать первую элементарную ячейку - и первую жизнь на Земле.
По крайней мере, это была преобладающая теория. Теперь команда ученых из Вашингтонского университета оспаривает эту идею в статье, опубликованной в журнале «Известия Национальной академии наук». Они предполагают, что мембраны, возможно, были ключевым компонентом, который помог собрать части, необходимые для создания первой клетки.
«Если вы хотите объяснить жизнь, вы должны объяснить происхождение клеток», - сказал Рой Блэк, соавтор статьи и биохимик из Университета Вашингтона в Сиэтле. «Это [исследование] помогает нам объяснить, как возникли клетки, а не только отдельные компоненты».
Для создания примитивной клетки требуется три основных компонента: РНК для хранения информации, белки для выполнения повседневных жизненных задач и клеточная мембрана, чтобы держать все в одном месте.
Но есть проблема. Создание РНК производит заряженные молекулы магния, которые могут вызвать разрушение мембран. Ученые не смогли воссоздать среду, которая могла возникнуть из материалов, присутствовавших на ранней Земле, и позволить сосуществовать РНК и мембранам. Это была огромная проблема для ученых, пытающихся понять, как началась жизнь на нашей планете.
Исследователи начали с создания в лаборатории среды, которая имитирует то, что, по мнению ученых, Земля была похожа миллиарды лет назад. Они пытались разгадать эту загадку, используя только кусочки, доступные на Земле в то время: воду, кусочки первобытного белка, кусочки РНК и жирных кислот, которые могли быть перенесены на Землю метеоритом.
Команда добавила различные молекулы в их упрощенный изначальный суп и искала комбинации, которые позволили бы сформироваться мембранам. В воде жирные кислоты самопроизвольно собираются в мембраны, образуя структуры, подобные водному баллону под водой.
Но эти структуры нестабильны. Они легко разрушаются, если вода вокруг них содержит соли, как в океанах, которые покрывали раннюю Землю, или заряженные молекулы, включая магний, необходимый для создания новой РНК.
Команда заметила, что некоторые кусочки белка, называемые аминокислотами, прилипают к мембранам. Ранее они сообщали о подобном явлении, используя строительные блоки РНК. Кейтлин Корнелл, первая автор статьи и аспирант в Вашингтонском университете, заметила, что под микроскопом мембраны выглядели толще и ярче, когда она добавила определенные аминокислоты. Иногда они образовывали концентрические мембраны, похожие на слои лука.
Это указывало на то, что аминокислоты могут помочь стабилизировать мембраны. Исследователи были удивлены и взволнованы, обнаружив, что мембраны остаются неповрежденными даже при добавлении соли или магния.
Для Антонио Ласкано Араужо, биохимика из Национального автономного университета Мексики, который не принимал участия в исследовании, особенно интересно, что исследователи могут добавлять магний без разрушения мембран. Он говорит, что это намекает на то, что все компоненты ранней жизни могли сосуществовать в одной микросреде. «Это гораздо более реалистичная модель того, что произошло на примитивной Земле», - сказал Ласкано Араужо.
Некоторые ученые считают, что три компонента РНК, белки и жирные кислоты образовались независимо друг от друга, прежде чем сойтись вместе, чтобы сформировать первую клетку, возможно, вблизи гидротермальных источников в океане или в лужах на суше. Но получение нужных частей в нужных местах в нужное время для формирования ранней жизни кажется таким невероятным.
Команда предполагает, что мембраны могли облегчить этот маловероятный процесс. Аминокислоты и кусочки РНК естественным образом прилипают к клеточным мембранам, состоящим из жирных кислот, которые концентрируют все кусочки в одном месте. «Тогда вы готовы к тому, чтобы химия начала происходить, собирать строительные блоки», - сказал Блэк.
Эти результаты являются шагом к пониманию того, как началась жизнь, но мы все еще так много не знаем о том, как мы - и вся жизнь - стали существовать на этой планете.
«Вопросы, которые позволяют нам думать о нашем месте во вселенной - от астрономических масштабов планет во вселенной до меньших масштабов самих себя на этой планете - являются большими интересными вопросами», - сказал Келлер.