Ланка, якої бракувало в теорії хімічної еволюції, – не скам’янілість, схована під землею. Це крихітна самовідтворювальна глобула, яку називають коацерватною краплею. Саме її науковці розробили, щоби продемонструвати, як хімія еволюціонувала в біологію.
«Хімічну еволюцію вперше обґрунтували у 20-х роках ХХ ст. як ідею про те, що життя почалося, коли з простих малих молекул почали утворюватися макромолекули, і ці макромолекули збиралися в молекулярні групи, здатні до розмноження, – сказав провідний автор дослідження Мунеюкі Мацуо (Muneyuki Matsuo), доцент хімії у Вищій школі комплексних наук про життя Хіросімського університету. – Відтоді багато досліджень мали на меті експериментально підтвердити гіпотезу щодо світу РНК, в котрому до еволюції ДНК та білків існував тільки самовідтворювальний генетичний матеріал».
Однак виникнення молекулярних ансамблів, що постають із маленьких молекул, залишалося теоретичним припущенням упродовж майже століття – з моменту виникнення сценаріїв хімічної еволюції. Вони становили сполучну ланку між хімією та біологією, якої бракувало у питаннях походження життя.
Мацуо у співпраці з Кенсуке Куріхара (Kensuke Kurihara), дослідником з корпорації KYOCERA, намагалися відповісти на питання столітньої давності: як вільні хімічні речовини доісторичної Землі перетворилися на живі?
Як і багато інших, науковці спочатку припускали, що основну роль у цьому процесі відіграло навколишнє середовище: всі елементи утворилися за високого тиску й температури, а потім охололи до більш сприятливих для життя умов. Проблема полягала в поширенні. «Розповсюдження вимагає спонтанного творення полімерів і самостійного їх групування (самозбірки) в тих же умовах», – каже Мацуо.
Як предка примітивних клітин, здатного до самозбірки, науковці розробили й синтезували новий пребіотичний мономер із похідних амінокислот. Із додаванням води кімнатної температури при атмосферному тиску похідні амінокислот конденсувалися, утворивши пептиди, що потім спонтанно перетворилися на краплі – коацевати. Краплі збільшувалися в розмірах і кількості при додаванні більшої кількості амінокислот.
Дослідники також виявили, що краплі могли концентрувати нуклеїнові кислоти – генетичний матеріал – і мали більше шансів вижити в умовах довкілля, маючи цю функцію.
«Протоклітина на основі цих крапель могла би бути сполучною ланкою між хімією та біологією під час зародження життя, – сказав Мацуо. – Наше дослідження може пояснити появу перших живих організмів первісної Землі».
Дослідники планують продовжити вивчення процесу еволюції від похідних амінокислот до примітивних живих клітин, а також вдосконалити платформу для верифікації і вивчення походження життя та його еволюції.
«Створивши пептидні краплі, що розмножуються, живлячись новими похідними амінокислот, ми експериментально розкрили давню загадку розмноження і виживання попередників пребіотиків, що здійснювали вибіркову концентрацію пребіотичних сполук, – сказав Мацуо. – Ми виявили, що замість “світу РНК” доречніше буде говорити про “світ крапель” доісторичної планети, оскільки краплі стали здатними до еволюції молекулярними агрегатами, один з яких і міг бути нашим спільним предком».
[Для еволюції важливим аспектом була не лише здатність до реплікації, але й забезпечення тяглості у часі (стабільності) певних (пре)біотичних молекул, яка саме і була переумовою до реплікації (нестабільні тимчасові молекули важко реплікувались). Важливим моментом дослідження є те,. що саме похідні амінокислот (в даному випадку мономерів білків) були в основі усіх процесів – Z]
Answering a century－old question on the origins of life
Hiroshima University, 27/09/2021
Nature Communications, 24/09/2021 1.10.1038/s41467-021-25530-6
Зреферувала С.К.
Зображення: Photo by Terry Vlisidis on Unsplash.
01.10.2021