Около 3,5 миллиардов лет назад, до появления жизни на Земле, океаны представляли собой суп из случайным образом перемешанных молекул. Затем некоторые из этих молекул организовались в стройные цепочки ДНК, защитные клеточные стенки и крошечные органоподобные структуры, в которых клетки жили и функционировали.
Одно давно сбивает с толку ученых — как они это сделали? Биофизики из Мюнхенского университета Людвига и Максимилиана (Германия) считают, что нашли ответ: пузыри.
Зарождение жизни
Жизнь на Земле не появилась мгновенно. Сначала «протомолекулы» каким-то образом организовались в ДНК, РНК, соли и липиды. Затем они сформировали ранние версии клеток, которые в итоге стали первыми одноклеточными организмами.
По словам ведущего автора исследования Дитера Брауна, для того, чтобы клетки могли сформироваться и размножаться, все их химические элементы для начала должны были собраться вместе.
В глубоком океане, где, как считают многие ученые, зародилась жизнь, могли присутствовать липиды, РНК и ДНК, но даже в этом случае они были бы слишком разбросаны в пространстве, чтобы сформировать клетку. «Реакция не произойдет сама по себе», — подчеркнул ученый.
Исследователи в общем согласны с тем, что для агрегации и взаимодействия молекул друг с другом была необходима какая-то сила. Единственное, в чем они расходятся, — какая именно сила помогла сформироваться клетке.
Вот тут и выходят на сцену пузырьки.
Как пузыри помогают сформировать клетку
Пузыри были в море повсюду на ранних этапах существования Земли. Глубоководные вулканы источали шипучие струйки. Эти условия и попытались воспроизвести Дитер Браун и его коллеги.
Ученые создали сосуд из пористого материала, который имитировал текстуру вулканической породы, а затем наполняли его жидкостью с шестью различными элементами, каждый из которых моделировал определенную стадию в процессе формирования жизни.
Один элемент, представляющий раннюю стадию, содержал сахар под названием RAO, который был необходим для конструирования нуклеотидов — строительных блоков РНК и ДНК. Другие элементы, представляющие более поздние стадии, содержали саму РНК, а также жиры, необходимые для создания клеточных стенок.
Затем исследователи нагревали раствор с одного края и охлаждали его с другого. Они создавали нечто под названием «температурный градиент», при котором температура постепенно меняется от одного конца емкости к другому, подобно тому, как вода в глубоководных термальных источниках постепенно меняется от горячей к холодной.
Результаты исследования
В каждой из шести вариаций изменение температуры заставляло молекулы слипаться, при этом они тяготели к пузырькам, которые естественным образом появляются в этих условиях. Почти сразу молекулы начали реагировать.
Сахара образовывали кристаллы, своего рода каркас для нуклеотидов РНК и ДНК. Кислоты складывались в более длинные цепи, делая еще один шаг к образованию сложных РНК-подобных молекул. Наконец, молекулы организовались в структуры, которые напоминали простые клетки.
По словам Брауна, в базовом смысле клетки — это молекулы, заключенные в пакеты из жиров. Именно это и произошло на поверхности пузырьков: жиры расположились в сферах вокруг РНК и других молекул. Самым удивительным для Брауна и его коллег было то, как быстро произошли эти изменения — менее чем за 30 минут.
Критика исследования
Некоторые химики все же скептически относятся к исследованию. По их мнению, пузырьки, созданные командой Брауна, не являются точным отражением изначальной среды зарождения жизни. Браун и его коллеги помещали в сосуд многие сложные молекулы, необходимые для формирования клетки.
«Это похоже на выпекание торта из смеси для кексов, а не из пустого места», — заявил химик из Института океанографии им. Скриппса Раманараянан Кришнамурти. По словам ученого, древние океаны, возможно, и не имели подходящих условий для формирования этих исходных молекул.
К тому же пузырьковый эксперимент проводился в крошечных масштабах. Это важно, ведь изменение температуры от одного конца сосуда к другому было очень резким. На самом же деле температурные градиенты в океане менее выражены.
По материалам Live Science
Читайте также:
Жизнь на Земле началась 4 млрд. лет назад: гораздо раньше, чем думали ученые
В самой суровой среде обитания на Земле обнаружили жизнь
На замерзших планетах возможна жизнь — астрономы
