В начале был звук?
Как возникла жизнь? Этот вопрос до сих пор остается одной из величайших загадок биологии. Обычная глина могла стать первыми предшественниками клеток.
У Стэнли Миллера все было очень просто: Берем воду, водород, метан и аммиак, приправляем несколькими электрическими искрами, кипятим неделю и первичный бульон из сахаров, жиров и аминокислот готов - здание блоки жизни.
Даже если тогдашний докторант Чикагского университета дал витализму, вере в «жизненную силу», последний смертельный удар своим знаменитым экспериментом в 1953 году, теперь ясно, что, может быть, четыре миллиарда лет назад это было хорошо на земле, но это было не совсем так просто. Вопрос о том, как возникла жизнь, до сих пор остается одной из величайших неразгаданных тайн биологии. Ясно только то, что до биологической эволюции должна была быть химическая эволюция, в ходе которой создавались молекулы, способные к самовоспроизведению. Наиболее многообещающим кандидатом на роль этой первичной молекулы является РНК, которая служит посредником между ДНК и белками в современных живых клетках.
Но даже РНК не может легко собраться из своих строительных блоков, нуклеотидов. Скорее, ей нужен помощник, который протянет ей руку помощи. И эта помощь может прийти в виде глин, поскольку эти вездесущие минералы образуют гладкие слои, поверхность которых электрически заряжена и поэтому может притягивать органические молекулы. Эксперименты показали, что и аминокислоты, и нуклеотиды образуют короткие цепи на поверхности глины, поэтому глины действуют как катализаторы образования биомакромолекул.
Все это еще предстоит упаковать, и хороший способ сделать это - использовать липиды, которые удобно спонтанно собираются в крошечные капельки, называемые мицеллами. Если теперь изменить рН от основного к кислому, эти мицеллы превратятся в маленькие глобулы или везикулы с полостью, окруженной двойным липидным слоем. И это довольно близко к «настоящей» ячейке.
К сожалению, это преобразование немного вялое; реакции нужен катализатор. Могут ли эту вспомогательную роль также играть глинистые минералы, которые так хорошо формируют РНК?
Мартин Ханчик, Шелли Фуджикава и Джек Шостак сейчас исследуют именно этот вопрос. Исследователи, работающие в Медицинском институте Говарда Хьюза, добавили следы глинистого минерала монтмориллонита к мицеллам жирных кислот, и о чудо: мицеллы превратились в везикулы гораздо быстрее.
На следующем этапе все стало захватывающе: РНК была добавлена к «изначальному бульону» липидных мицелл и глинистых минералов. Поскольку ранее исследователи пометили РНК флуоресцентным красителем, теперь они смогли наблюдать, что нуклеиновая кислота фактически упакована в формирующиеся липидные везикулы. «Таким образом, мы смогли показать, что глины и другие минеральные поверхности не только ускоряют образование везикул, - объясняет Шостак, - но также и то, что глина, если она находится внутри везикул хотя бы определенное время, дает возможность до РНК."
Могут ли эти псевдоклетки также расти и делиться? В принципе, да, как показали дальнейшие эксперименты: когда исследователи добавили дополнительные мицеллы и снова изменили рН, уже имевшиеся везикулы заняли мицеллы, т.е. стали больше, сохранив при этом инкапсулированную РНК.
Ученые смоделировали деление несколько жестко - не совсем в соответствии с моделью природы, как они откровенно признаются, - протолкнув свои тест-объекты через крошечные поры. Везикулы разделились на мельчайшие капельки, но опять же не потеряли свою РНК-нагрузку.
«Мы не говорим, что так началась жизнь», - подчеркивает Шостак. «Мы просто говорим, что рост и деление [везикул] возможны без каких-либо биохимических механизмов. В конце концов, если мы сможем показать более естественные способы сделать это, тогда мы сможем получить первые подсказки относительно того, как на самом деле жизнь зародилась на ранняя Земля."