|
Как на Земле могли образоваться первые клетки
|
|
|
|
Примерно 4 миллиарда лет назад на Земле формировались условия, пригодные для жизни. Ученые, занимающиеся происхождением жизни, часто задаются вопросом, был ли химический состав, обнаруженный на ранней Земле, похож на тот, который необходим для жизни сегодня. Они знают, что сферические скопления жиров, называемые протоклетками, были предшественниками клеток во время зарождения жизни. Но как впервые возникли простые протоклетки и как они разнообразились, чтобы в конечном итоге привести к жизни на Земле? Теперь ученые Scripps Research обнаружили один правдоподобный путь того, как протоклетки могли впервые сформироваться и химически прогрессировать, обеспечивая разнообразие функций. Результаты, опубликованные онлайн 29 февраля 2024 года в журнале Chem, предполагают, что химический процесс, называемый фосфорилированием (при котором к молекуле добавляются фосфатные группы), возможно, произошел раньше, чем ожидалось ранее. Это привело бы к более сложным в структурном отношении протоклеткам с двойной цепью, способным протекать химические реакции и делиться с разнообразным набором функциональных возможностей.
|
|
|
|
Раскрывая, как образовались протоклетки, ученые могут лучше понять, как могла происходить ранняя эволюция. "В какой-то момент мы все задаемся вопросом, откуда мы взялись. Теперь мы обнаружили правдоподобный способ, которым фосфаты могли быть включены в клеточноподобные структуры раньше, чем считалось ранее, что закладывает строительные блоки для жизни", - говорит Раманараянан Кришнамурти, доктор философии, старший автор-корреспондент и профессор кафедры химии в Scripps Research. "Это открытие помогает нам лучше понять химическую среду ранней Земли, чтобы мы могли раскрыть происхождение жизни и то, как жизнь могла развиваться на ранней Земле". Кришнамурти и его команда изучают, как происходили химические процессы, приводившие к появлению простых химических веществ и образований, которые присутствовали до появления жизни на пребиотической Земле. Кришнамурти также является одним из руководителей инициативы НАСА, исследующей, как жизнь возникла в этих ранних средах.
|
|
|
В этом исследовании Кришнамурти и его команда сотрудничали с биофизиком лаборатории мягкой материи Ашоком Денизом, доктором философии, старшим автором-корреспондентом и профессором кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии Scripps Research. Они стремились выяснить, могли ли фосфаты участвовать в формировании протоклеток. Фосфаты присутствуют почти в каждой химической реакции в организме, поэтому Кришнамурти подозревал, что они могли присутствовать раньше, чем считалось ранее. Ученые полагали, что протоклетки образуются из жирных кислот, но было неясно, как протоклетки переходят от одноцепочечной к двойной фосфатной цепи, что позволяет им быть более стабильными и поддерживать химические реакции. Ученые хотели имитировать правдоподобные пребиотические условия — среду, существовавшую до появления жизни. Сначала они определили три вероятные смеси химических веществ, которые потенциально могли бы создавать везикулы, сферические структуры из липидов, похожие на протоклетки.
|
|
|
|
Используемые химикаты включали жирные кислоты и глицерин (распространенный побочный продукт производства мыла, который, возможно, существовал на ранней Земле). Затем они наблюдали за реакциями этих смесей и добавляли дополнительные химикаты для создания новых смесей. Эти растворы охлаждали и нагревали повторно в течение ночи с небольшим встряхиванием для стимулирования химических реакций. Затем они использовали флуоресцентные красители для проверки смесей и оценки того, имело ли место образование пузырьков. В некоторых случаях исследователи также варьировали рН и соотношение компонентов, чтобы лучше понять, как эти факторы влияли на образование пузырьков. Они также изучили влияние ионов металлов и температуры на стабильность везикул. "Во время наших экспериментов везикулы смогли перейти из жирнокислотной среды в фосфолипидную, что позволяет предположить, что аналогичная химическая среда могла существовать 4 миллиарда лет назад", - говорит первый автор Сунил Пуллетикурти, постдокторский исследователь в лаборатории Кришнамурти.
|
|
|
|
Оказывается, жирные кислоты и глицерин, возможно, подверглись фосфорилированию для создания более стабильной структуры с двойной цепью. В частности, сложные эфиры жирных кислот, полученные из глицерина, возможно, привели к образованию пузырьков с различной устойчивостью к ионам металлов, температурам и рН — критическому шагу в диверсификации эволюции. "Мы обнаружили один правдоподобный путь того, как фосфолипиды могли появиться в ходе этого химического эволюционного процесса", - говорит Дениз. "Интересно узнать, как ранние химические процессы могли измениться, чтобы обеспечить жизнь на Земле. Наши результаты также намекают на множество интригующих физических явлений, которые, возможно, сыграли ключевую функциональную роль на пути к современным клеткам". Далее ученые планируют изучить, почему некоторые везикулы слились, в то время как другие разделились, чтобы лучше понять динамические процессы протоклеток.
|
|
|
|
Источник
|
