Созданные в лаборатории «протоклетки» дают представление о том, как возникла жизнь

Для возникновения жизни ранним клеткам было необходимо удерживать свое содержимое внутри. Современные клетки обернуты сложной двухслойной мембраной из липидов, и ученые долгое время ломали голову над тем, как эта структура могла возникнуть из простых молекул. В журнале Nature Chemistry опубликовано исследование, предлагающее новый рецепт того, как короткие липиды могли привести к появлению первых клеточных мембран, сообщает служба новостей Science.

Сегодня основными компонентами большинства клеточных мембран являются сложные, массивные молекулы, называемые фосфолипидами. У первых клеток это, вероятно, были простейшие липиды, возможно, жирные кислоты. Они содержат цепочки из атомов углерода, и если атомов десять или более, молекулы в лаборатории могут самопроизвольно слипаться в мембраны. Но есть загвоздка: такие липиды, вероятно, были крайне редки на ранней Земле.

Авторы нового исследования задумались: можно ли каким-то образом заставить короткие жирные кислоты образовывать мембраны? Эти молекулы были обнаружены в метеоритах, так что могли быть более распространены на ранней Земле.

Оказалось, что аминокислота цистеин может действовать как химический зажим, соединяя некоторые предшествующие молекулы в липиды. В новом исследовании авторы соединили цистеин с химическими родственниками жирных кислот, содержащими восемь атомов углерода. Аминокислота взаимодействовала с молекулами, образуя липиды с двумя хвостами — у фосфолипидов в современных мембранах точно такие двойные хвосты. Некоторые из этих липидов образовывали мембранные сферы. Хотя такие полые структуры совсем не полноценные клетки, они могут подсказать, как появлись оболочки последних.

Исследователи заметили и кое-что еще, что может быть связано с происхождением первых клеток: сферы-протоклетки легко формировались на стеклянных пластинках для микроскопов. Стекло содержит кремнезем, который присутствует в песке и некоторых видах глины.

Фосфолипиды в современных клеточных мембранах выстраиваются в двойной слой. В лабораторных протоклетках липиды приняли такое же расположение и также способны удерживать важные молекулы внутри клетки. Авторы обнаружили,что мембраны протоклеток могут сохранять ионы кальция и магния: это важная характеристика — такие ионы важны для работы РНК. Когда исследователи добавили в протоклетки современные РНК-ферменты, последние катализировали химические реакции внутри сфер.

Однако есть и одно «но»: липиды мембран протоклеток не встречаются в современных мембранах клеток, что поднимает вопрос, почему их нет сейчас.