Рецепт жизни предельно прост, запоминайте: нуклеиновую кислоту перемешать с белками и обернуть в оболочку из жирных кислот, варить полчаса в первичном бульоне, посолить, поперчить, добавить зелени и с удовлетворением наблюдать за стремительно развивающимся гомункулусом. Впрочем, для формирования протоклетки достаточно и первых трех ингредиентов – РНК, белков и мембран. Молекулы жирных кислот состоят из гидрофильных «головок» и гидрофобных «хвостиков», так что в воде они спонтанно объединяются в полые сферы (с «головками» наружу, к воде, и «хвостиками» внутрь, в полость), в которые могут при случае попасть белки и РНК – вот и протоклеточка готовая. Главное, не пересолить.
Понимаете ли, соль катастрофически дестабилизирует такие жирнокислотные сферы. И это, кажется, ставит крест на жизни как таковой, ведь, согласно современным представлениям, она должна была возникнуть в морской воде, а там соль. Однако несколько лет назад научная группа Сары Келлер, эксперта по мембранам из Вашингтонского университета (США), обнаружила, что хрупкие мембраны могут стабилизироваться в соленой воде в результате присоединения к ним азотистых оснований, входящих в состав РНК. Это прекрасная предпосылка к формированию протоклеток! Если бы не одно но: РНК не может функционировать без определенных ионов – например, магния или железа, – а они, как назло, дестабилизируют мембраны еще пуще. Как же жить несчастной протоклеточке, если сама химия, необходимая для ее жизни и процветания, ее же и губит?
Было всегда непонятно, как компоненты, необходимые для построения мембран, РНК и белков, смогли собраться воедино и начать функционировать вместе, отмечает Рой Блэк, коллега и соавтор Келлер. Считалось, что это произошло случайным образом, как-то. Ученый предположил, что ключевую роль в процессе сыграли мембраны: они послужили местом сбора строительных блоков для РНК и белков. «Можно представить разные молекулы, снующие в первичном бульоне, в виде мячиков для тенниса и для сквоша, прыгающих в коробке, которую трясут, – объясняет Келлер. – Если покрыть внутреннюю поверхность коробки липучкой, к ней будут цепляться только лохматые теннисные мячики, причем друг с дружкой рядышком. Рой догадался, что локальные концентрации молекул могут повышаться с помощью похожего механизма».
Азотистые основания РНК, как упоминалось выше, гипотезу подтвердили: к мембранам они действительно липнут и их стабилизируют. А что насчет аминокислот – составных частей белков? За проверку взялась аспирантка Кейтлин Корнелл: с помощью разных методик, включая несколько разновидностей микроскопии, она изучила взаимодействия мембран из каприновой кислоты с аминокислотами серином, глицином и лейцином – все эти вещества, как считается, существовали давным-давно на примордиальной Земле.
В проведенных экспериментах молекулы жирной кислоты сами по себе предсказуемо собирались в малюсенькие пустые шарики, по словам Корнелл, похожие на медуз. При добавлении соли (NaCl) или ионов магния (Mg2+) «медузки» не менее предсказуемо выпадали в осадок, рассыпаясь на хлопья. Но в присутствии серина и глицина дезинтеграции не происходило – напротив, шарики еще ярче засияли солнышками, сохраняя свою форму, а внутри них даже сформировались сферы второго, третьего и более высокого порядка (вероятно, от этого и яркость была выше) – будто слои в луковице, говорит Корнелл, – и это было для ученых совсем уж неожиданным. Лейцин, к слову, подобных эффектов не вызвал.
Получается, определенные аминокислоты не только прикрепляются к мембранам и стабилизируют их, защищая от соли и магния, но и превращают их в нечто еще более биологическое – в мембранах настоящих клеток ведь два слоя жирных кислот, а не один. Почему так происходит? «Понятия не имеем, мы даже не прогнозировали этого, – улыбается Сара Келлер. – Сейчас мы находимся в той прекрасной точке, где открывается пространство для новых теорий». И добавляет: «Я рада, что наше исследование делает идею протоклеток более правдоподобной независимо от локации». Где бы ни возникла клеточная жизнь – в геотермальных лужах на суше или у гидротермальных источников в глубине океана, – стабилизация мембран за счет биологических молекул работает и в тех и в других экологических условиях.
И это волшебно. Важнейшие для жизни химические компоненты словно были созданы специально друг для друга! Аминокислоты и азотистые основания, садясь на мембраны, не давали им распасться, и мембраны становились площадкой, где эти мономеры еще больше концентрировались и взаимодействовали между собой. Вероятно, это даже подталкивало их к сборке в белки и нуклеиновые кислоты – главные молекулы жизни. Хотя как именно это происходило в протоклетках, пока что остается неясным, и ученым уже не терпится прояснить этот вопрос в дальнейших исследованиях.
Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: PNAS (Cornell et al., 2019)
Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.
Вас также могут заинтересовать статьи:
Темная ДНК и ее темное влияние на эволюцию
Колановая кислота, продлевающая жизнь
Остров Падлопинг: место, где скрывается земной примордий
Комментарии: