Немецкие физики смоделировали в лаборатории возможный механизм возникновения первых живых систем на Земле — без клеток, мембран и метаболизма. Работа опубликована в журнале Nature Physics (NP).
Жизнь, какой мы ее знаем сегодня, невозможно представить без клеток: все живые организмы состоят из клеток с четкими границами и сложной системой обмена веществ. Но как это все могло появиться из хаоса простых молекул?
Команда профессора Дитера Брауна из Мюнхенского университета предложила решение классической для биологии дилеммы: что появилось первым — мембрана или метаболизм? Исследователи показали, что простые тепловые потоки в пористых горячих камнях могли создать условия для накопления молекул и запуска химических реакций — без участия клеточной оболочки.
Ученые воссоздали в лаборатории “тепловую камеру” — узкий канал, наполненный водой и заключенный между двумя прозрачными пластинами. Один край камеры нагревали, другой оставляли холодным, как это могло происходить в трещинах прибрежных вулканических пород.
Из-за температурного градиента молекулы начинали скапливаться в нижней части камеры — в “холодной ловушке”. Туда же стекались строительные блоки жизни: аминокислоты, нуклеотиды, рибосомы и другие важные молекулы. В определенных условиях эта концентрация оказывалась достаточной, чтобы началась сборка белка — в эксперименте это был флуоресцентный белок sfGFP, используемый как маркер реакции.
На ранней Земле, по мнению авторов, такие поры в горячих камнях были повсеместны, и могли выполнять роль “протоклеток” — без мембран, но с ограниченным объемом, где происходили реакции. Это означает, что жизнь могла зародиться до появления настоящих клеток, а физика, а не биохимия, играла главную роль на начальном этапе.
Помимо понимания происхождения жизни, метод открывает новые возможности в синтетической биологии.
“Создание искусственной клетки, которая сама себя кормит и делится, раньше казалось почти невозможным. Но теперь мы понимаем, как можно обойтись без мембран на первом этапе”, — добавил профессор Браун.
Ранее ученые обнаружили два новых природных антибиотика в опасной для растений бактерии.