учёными Института Weizmann

Одна из тайн, которые уже многие столетия завораживают учёных во всем мире, это тайна пути, которым жизнь появилась на девственной Земле. Принятое понятие – то, что до появления живых, биотических, организмов, имелась стадия химического развития, которое осуществляло естественный отбор в пределах неодушевленных химических веществ. Это, как считают учёные, в конечном счете, привело к критическому моменту, когда при взаимодействии многих факторов возникли способные к самокопированию молекулы, состоящие из аминокислот, а затем появились и белки. Поскольку ауторепликация (самовоспроизводство) – наиболее фундаментальная характеристика живущих объектов, такой случай часто определяется как рождение жизни.

Ауторепликация молекулярных систем часто рассматривается в контексте информационного содержания, то есть, как передача информации последующим, дочерним, поколений. Большинство учёных полагают, что жизнь началась с появления биополимеров, типа белков или рибонуклеиновой кислоты, т.е. структур, в которых информация запасена в последовательности химических единиц.

Эксперименты в условиях, которые существовали на Земле миллиарды лет назад, показали, как такие химические единицы, например некоторые из аминокислот белков и рибонуклеиновых кислот, могли появляться спонтанно. Всё же, появление белков или самокопирующихся молекул рибонуклеиновой кислоты осталось загадочным.

Эксперимент, который начали профессор Дорон Ланцет Кроны и его студенты, Дэниела Сегр и Дафна Бен в Центре Генома Человека в Институте Науки Германии, основан на поиске альтернативы белкам и рибонуклеиновым кислотам. Они развили модель, основанную на молекулах липида, и предложили новый взгляд на происхождение жизни. Эта модель описана в статье изданной в недавней выпуске Слушаний Национальной Академии Науки, в США.

Липиды – масляные вещества, известные как главные компоненты мембран клеток. Липиды имеют две различных формы: гидрофильную (привлекающую воду), и гидрофобную (отражающую воду). Липиды с готовностью синтезируются при моделируемых «предбиологических» условиях, и из-за их двусторонней природы имеют тенденцию спонтанно формировать надмолекулярные структуры, состоящие из тысяч молекулярных единиц. Это иллюстрируется на минимальных сообществах липида – на мицеллах, которые даже доказали, что они способны к росту и размножению в воде, что напоминает о жизнедеятельности клетки.

Все же критический вопрос был оставлен без ответа: как минимальные сообщества липида могли нести и размножать информацию?

Модель, предложенная Ланцетом и коллегами, предполагает, что вначале липидоподобные составы существовали в очень большом разнообразии форм и размеров. Они показывают математически, что при существовавших условиях минимальные сообщества липида могли содержать почти так же много информации, как и рибонуклеиновые кислоты или белковая цепь. Информация была бы запасена в самом составе минимального сообщества, то есть в точном количестве каждого из его компонентов, что обеспечивало более точную передачу и сохранение информации, чем в последовательности молекулярных «гранул» на нити белка.

Была представлена аналогия с духами: информация – аромат различается рецепторами, и запах в большей мере зависит от пропорции каждого компонента в смеси, чем от порядка, в котором ароматы добавлены. Таким образом, авторы доказывают, что о гетерогенных минимальных сообществах липида можно думать как о примитивных геномах.

Они далее демонстрируют, как капелька – минимальное сообщество липида, при росте и делении, могло проявлять форму наследования. Их компьютерные модели показывают, как геном был бы передан минимальным сообществам потомства. Критический аспект модели – то, как такое молекулярное наследование стало возможным.

В современных клетках, передача информации, содержащейся в ДНК, облегчена белковыми катализаторами фермента. В ранней предбиологической эре катализ мог быть выполнен теми же самыми липидоподобными веществами, которые несли информацию. Молекулы, уже представленные в виде капельки, функционировали как молекулярный «комитет выбора», увеличивая вероятность передачи одних признаков, и уменьшая вероятность передачи других.

Группа Ланцета, разработала компьютеризированное моделирование, которое показывает, как, основанные исключительно на физико-химических принципах, капельки липида с определенным составом срастаются, вырастают, делятся, самокопируются, накапливают мутации, и вовлекаются в сложную эволюционную игру. Важно, что это – полные минимальные сообщества, с их сложными связями относительно маленьких молекул, которые копируются в дочерние капли.

Это отличается от предыдущих моделей, в которых копируется единственный длинный полимер рибонуклеиновой кислоты. Модель учёных делает очень немного химических предположений, но получает богатое молекулярное объяснение, проводящее параллель с современными процессами жизни. И поэтому имеет возможность стать тем давно разыскиваемым мостом, ведущим от неодушевленного мира до современного мира живых организмов.

Поиск по сайту: