Как образовались первые живые клетки: новая теория ученых

Когда мы думаем о жизни, мы обычно представляем себе сложные и разнообразные организмы, состоящие из миллиардов клеток. Но как появились эти клетки из простых химических веществ, которые существовали на Земле около 4 миллиардов лет назад? Этот вопрос занимает умы ученых, изучающих происхождение жизни, уже долгое время. Они пытаются воссоздать условия, которые могли способствовать формированию и эволюции первых клеточно-подобных структур, называемых протоклетками.

Протоклетки — это сферические оболочки из жиров, которые могут содержать различные молекулы внутри. Они считаются предшественниками современных клеток, так как они могут делиться, сливаться, взаимодействовать с окружающей средой и проводить химические реакции. Однако механизмы, которые привели к образованию и диверсификации протоклеток, до сих пор неясны.

Недавно группа ученых из Scripps Research сделала важное открытие, которое может пролить свет на эту загадку. Они обнаружили, что один из ключевых компонентов современных клеток — фосфаты — могли играть роль в формировании протоклеток на ранней Земле. Фосфаты — это молекулы, содержащие атом фосфора и четыре атома кислорода. Они входят в состав многих биологических молекул, таких как ДНК, РНК, АТФ и фосфолипиды.

Фосфолипиды — это особый вид жиров, которые состоят из двух цепочек жирных кислот и глицерина, к которому прикреплен фосфат. Фосфолипиды образуют двойные слои, из которых состоят мембраны современных клеток. Они более стабильны и функциональны, чем простые жиры, которые состоят из одной цепочки жирной кислоты. Поэтому ученые долго думали, как протоклетки могли перейти от одноцепочечных жиров к двухцепочечным фосфолипидам.

Ученые из Scripps Research предположили, что этот переход мог произойти благодаря химическому процессу, называемому фосфорилированием. Это процесс, при котором к молекуле добавляется фосфатная группа. Они провели серию экспериментов, в которых смешивали жирные кислоты и глицерин с различными другими химическими веществами, имитируя условия доэкзобиотической Земли. Доэкзобиотическая Земля — это период в истории нашей планеты, когда жизнь еще не существовала, но были присутствовали химические предпосылки для ее возникновения.

Ученые наблюдали за тем, как эти смеси реагировали между собой при разных температурах, кислотности и наличии металлических ионов. Они также использовали флуоресцентные красители, чтобы определить, образовались ли везикулы — сферические структуры из жиров, похожие на протоклетки. Они обнаружили, что в некоторых случаях жирные кислоты и глицерин подвергались фосфорилированию и образовывали фосфолипиды, которые затем формировали везикулы. Эти везикулы оказались более устойчивыми и разнообразными, чем везикулы из простых жиров. Они также могли содержать различные химические реакции внутри.

Эти результаты показывают, что фосфорилирование могло быть одним из способов, которыми протоклетки могли образоваться и прогрессировать на ранней Земле. Это, в свою очередь, могло способствовать ранней эволюции и появлению жизни. Ученые подчеркивают, что это не единственный возможный путь, но один из правдоподобных. Они также отмечают, что их открытие помогает лучше понять химические условия ранней Земли и роль физики в процессе зарождения жизни.

«Мы все задаемся вопросом — откуда мы пришли? Мы раскрыли один из путей, как фосфаты могли быть включены в клеточно-подобные структуры раньше, чем предполагалось до этого что заложило основу для жизни», — говорит Раманарайанан Кришнамурти, один из ведущих авторов исследования.

«Это захватывающе — раскрывать, как ранние химические соединения могли перейти к возможности жизни на Земле. Наши результаты также намекают на интригующее богатство физики, которая могла играть ключевые функциональные роли на пути к современным клеткам».