В глубоком океане, где, как считают многие ученые, зародилась жизнь, могли присутствовать липиды, РНК и ДНК, но сформировать из них клетку помогли пузыри.

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.

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.

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.

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.

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.