Не секрет, що науковці люблять сперечатися — публікувати полемічні теорії, піднімати голос один на одного на конференціях і навіть дебатувати у Twitter. Ця полеміка корисна тим, що дозволяє відсіяти погані ідеї. Але іноді буває, що відкидаються й добрі гіпотези.
Саме така доля спіткала гіпотезу про походження життя, яку майже століття тому запропонував радянський науковець Олександр Опарін. Тепер цю ідею воскресили й активно висувають аргументи на її користь.
На думку Опаріна, перші форми життя були рідкими кластерами, що вільно плавали у первісній зупі з будівельних блоків життя: метану, аміаму та інших органічних речовин. Він вважав, що ці кластери мали бути відокремленими від свого навколишнього середовища, наче краплини олії у воді. Плаваючи у воді, вони захоплювали важливі органічні сполуки, які мали більше шансів контактувати між собою всередині краплини, ніж назовні. Саме завдяки такому контакту і відбулися хімічні реакції, які були необхідні для утворення життя.
Опарін провів кілька класичних хімічних реакції всередині таких крапель. Його експерименти показали, що завдяки близькості між хімічними сполуками всередині краплин могли сформуватися короткі послідовності РНК — однієї з молекул, що зберігає генетичну інформацію всередині клітини. Його ідея була елегантна і проста. Логічно, що будівельні блоки життя мали більше шансів взаємодіяти всередині краплини, ніж у вільному середовищі — це нагадує пасажирів у переповненому автобусі, які матимуть більше шансів спілкуватися між собою, аніж у напівпорожньому, де зайнято лише кілька місць.
Клітини бактерій, рослин та наших тіл мають мембрани, які розмежовують те, що відбувається всередині клітини, від навколишнього середовища. Кластери Опаріна хоч і були відокремлені, проте не мали стінок. Натомість вони були густішими, ніж їхнє середовише, і мали консистенцію густої, клейкої олії. Такі олієподібні краплини мали більше шансів взаємодіяти між собою, ніж зі своїм середовищем. Примітивні організми, які могли у такий спосіб виділитися з води, мали б розвинути менше частин, порівняно з сучасними клітинами з мембранами, що є вигідним кроком в еволюції життя.
На жаль, політичні причини та обмежене розуміння біології тих часів зашкодили науковій спільноті прийняти ідеї Опаріна. Спершу вони були опубліковані російською мовою і не отримали належної уваги за межами СРСР. Коли його роботи переклали, вчені зі всього світу почали їх обговорювати. Але оскільки Опарін був радянським науковцем, багато з того, що він написав, було подано в марксистській оболонці, що під час Холодної війни змусило західних вчених відкинути його ідеї. Крім того, було важко зрозуміти, як кластери Опаріна могли призвести до еволюції сучасної клітини. Краплини, які він використовував у своїх експериментах, мали інґредієнти, яких немає у клітинах сьогодні. Тож біологи забули про Опаріна.
Лише у 2018 році двоє вчених, Джаред Шредер з Університету Вейна та Сет Чілдерз з Пітсбурзького університету, помітили щось цікаве всередині бактерії, яку вони досліджували. Один із білків сформував у ній кластери. Провівши додаткові експерименти, вчені виявили, що ці кластери здатні спонтанно відокремлюватися, наче краплини Опаріна.
Згодом німецькі науковці з Інституту біохімії Макса Планка виявили значно більшу кількість кластерів. Вони вивчали різні типи бактерій, які здійснюють фіксацію вуглецю — процес, що виймає двоокису вуглецю з атмосфери і перетворює його в кисень та молекули цукру, які бактерії використовують як поживу. Коли ці дослідники поєднали ділянки білків, які зв’язують вуглець, їх дуже здивувало те, що вони побачили. Суміш злиплася докупи, наче в’язка краплина — точно так само, як в експерименті Чілдерза та Шредера кількома місяцями раніше.
Ці відкриття змусили наукову спільноту переглянути своє ставлення до ідей Опаріна і надати їм статус серйозної наукової гіпотези про походження життя. Вільноплаваючу краплину і справді легше собі уявити у ролі предка життя, якщо сучасні клітини також використовують схожі краплини, щоб організувати важливі хімічні реакції всередині себе.
Знаходження каплеподібних структур всередині бактеріальних клітин може бути важливим дороговказом до розуміння походження життя. Хоча краплини у тілі бактерій, виявлені протягом минулого року, не є першим прикладом знаходження схожих структур — науковець з Принстонського університету Кліффорд Бренґвайн побачив їх у тілі круглих черв’яків ще кількома роками раніше, — слід серйозно поставитись до ідеї, що ці краплини можуть бути далекими нащадками первісної краплини, порівняно зі схожими структурами у тілі складніших тварин та рослин.
Але навіть сьогоднішні бактеріальні краплини на багато еволюційних кроків випереджують вільноплаваючі краплини Опаріна. Щоби повністю зрозуміти, як могли виглядати ці первісні структури, вченим ще потрібно буде вивчити велику кількість краплин у багатьох видів — і, можливо, їм вдасться простежити спільні структури, які лежать в основі всіх цих краплин, і котрі могли бути успадковані від далекого предка, що жив мільярди років тому. На щастя, це завдання не є дуже великим викликом: метаболічні процеси, які зумовлюють формування краплин, відбуваються у тілі багатьох бактерій. Тож матеріалу для досліджень вченим, найімовірніше, не бракуватиме.
Можливо, виявиться, що Опарін мав рацію і в якийсь спосіб передбачив фундаментальний крок в еволюції життя ще за століття до появи експериментальних даних. Наукова спільнота в часи Опаріна мала причини поставити під сумнів його ідеї, оскільки для них бракувало доказів. Однак його ім’я зникло з дебатів про походження життя радше через політичні погляди західних науковців. Сьогодні, коли з’явилися нові докази і став толерантнішим політичний клімат, Опарін знову зайняв важливе місце в дискусії про походження життя. Але перш ніж як наукова спільнота підтвердить його ідеї, дискусії триватимуть.
Sara Whitlock
In Search of Life's Beginnings
Scientific American, 11.06.2019
Зреферував Є. Л.
12.06.2019