Учёные до сих пор не знают, как именно зародилась жизнь на Земле, и чтобы разобраться в этом, исследуют свойства, которые объединяют все живые организмы. Одна из ключевых особенностей – наличие клеток и, главное, мембраны, которая отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Именно мембрана отличает живое от просто химических реакций.
Чтобы понять, как возникла жизнь и как появились современные организмы, исследователи изучают, какими могли быть самые первые клеточные мембраны. Важно, какие вещества мембрана пропускает, а какие блокирует – это напрямую влияет на то, какие молекулы участвуют в биологических процессах.
В центре внимания учёных оказались молекулы, без которых невозможна жизнь: сахара, из которых строится “скелет” ДНК и РНК, и аминокислоты – строительные блоки белков. Интерес к этим молекулам связан не только с их универсальностью, но и с тем, что они обладают особым свойством – хиральностью.
Хиральность – это способность молекулы “заворачиваться” определённым образом, напоминая левую и правую руку: по строению они похожи, но наложить одну на другую невозможно. В живых организмах это имеет критическое значение: например, чтобы сформировать цепочку ДНК или РНК, все сахара должны быть одного типа – “праворукими”. Почему же жизнь выбрала именно этот вариант, до сих пор неясно.
Исследование, опубликованное в PLOS Biology, предлагает одну из возможных разгадок: возможно, выбор определённой хиральности связан с тем, как древнейшие мембраны пропускали или задерживали разные молекулы. Учёные проверили, как через мембраны, похожие на оболочки древних архей (одна из самых старых групп микроорганизмов), проходят различные сахара и аминокислоты. Они также испытали мембрану, сочетающую свойства как архей, так и бактерий. Оказалось, что “праворукие” сахара, нужные для ДНК и РНК, легче проникали сквозь обе мембраны, а их зеркальные – “леворукие” – аналоги задерживались.
С аминокислотами ситуация оказалась сложнее: через смешанную мембрану легче проходили некоторые “леворукие” аминокислоты, например, аланин – одну из самых древних аминокислот, встречавшихся на заре жизни.
Хотя результаты исследования не дают полного ответа, почему современные клетки используют именно такие аминокислоты, учёные показывают: свойства мембраны действительно влияют на то, какие молекулы становятся “основой” жизни.
Авторы отмечают, что изученные ими мембраны – лишь примерные модели древнейших оболочек, и в реальности у первых клеток могли быть ещё неизвестные особенности, которые тоже сыграли свою роль. Тем не менее их вывод ясен: “Вся известная жизнь использует определённую стереохимию – леворукие аминокислоты и праворукую ДНК. Как именно сложился этот выбор, остаётся одной из главных загадок, и наши эксперименты показывают: мембрана клетки может работать как сито, выбирая те самые молекулы, с которых всё и началось”.