Как формировались строительные блоки жизни на ранней Земле

Одна из ведущих теорий о происхождении жизни на Земле предполагает, что простые химические молекулы постепенно становились более сложными, в конечном итоге формируя протоклетки — примитивные, неживые структуры, которые были предшественниками современных клеток.

Многообещающим кандидатом на роль протоклеток являются микрокапли полиэфира, которые образуются в результате простой полимеризации альфа-гидроксикислот (AHA), соединений, которые, как полагают, накапливались на ранней Земле, возможно, образовались в результате ударов молнии или попадания метеоритов, в протоклетки с последующей простой регидратацией в водной среде.

Недавнее исследование, проведенное Институтом наук о Земле и жизни (ELSI) при Токийском институте науки, предоставляет новые доказательства, подтверждающие образование микрокапель полиэфира в более широком диапазоне реальных пребиотических условий, чем считалось ранее.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Bio & Med Chem Au.

Под руководством аспиранта Махендрана Ситхампарама (Mahendran Sithamparam) из Центра космических наук (ANGKASA) Института изменения климата Национального университета Малайзии в качестве первого автора и под совместным руководством специально назначенного доцента ELSI Тони З. Цзя и научный сотрудник ANGKASA Кухан Чандру в ходе исследования изучали формирование этих микрокапель в условиях, более характерных для ранней Земли.

Команда обнаружила, что микрокапли полиэфира могут образовываться даже в среде с высоким содержанием соли, при низких концентрациях аНА и при небольших объемах реакции.

Это дополняет результаты предыдущих исследований, в которых в первую очередь рассматривалось их образование при высоких концентрациях или в больших водоемах, таких как прибрежные районы озер или горячие источники.

Полученные данные свидетельствуют о том, что полиэфирные протоклетки, вероятно, были более распространены, чем считалось ранее, и потенциально образовывались в замкнутых пространствах, таких как поры горных пород, или даже в условиях с высоким содержанием соли, таких как соленые бассейны или океанические среды.

В 2019 году исследовательская группа обнаружила, что микрокапли полиэстера могут образовываться в результате простого процесса обезвоживания. При осторожном нагревании до 80°C фенилмолочная кислота (ПА), разновидность аНА, превращается в гелеобразное вещество, которое при повторной гидратации образует капли без мембран.

В своем последнем исследовании исследователи исследовали, могут ли эти микрокапли образовываться в условиях более разбавленного или меньшего объема, подобных тем, которые ожидаются на пребиотической Земле.

"В предыдущих лабораторных тестах часто использовались высокие начальные концентрации и объемы AHA в диапазоне сотен миллимолярных или микролитровых единиц, соответственно, что может не соответствовать условиям на пребиотической Земле, где такие условия были маловероятны; вот почему нам нужно было расширить границы процессов сборки полимеризационных капель, чтобы увидеть, могут ли они быть эффективными. сборка таких протоклеток действительно была бы жизнеспособна на ранней Земле", - объясняет Цзя.

Чтобы смоделировать эти более реалистичные условия, исследователи уменьшили концентрацию и объем ПА при синтезе и последующих исследованиях образования капель. Они обнаружили, что можно синтезировать сложные полиэфиры и образовывать капли, используя всего 500 мкл ПА толщиной 1 мм или 5 мкл ПА толщиной 500 мм.

Это говорит о том, что микрокапли полиэстера могли образоваться естественным образом как в замкнутых пространствах, таких как поры горных пород, так и в разреженных средах, например, после наводнения или выпадения осадков.

Для дальнейшей проверки в реальных условиях команда смоделировала реакции в условиях солености, напоминающих те, что были в древнем океане. Они добавили 1 М NaCl, KCl и MgCl2 к реагентам PA, обнаружив, что синтез полиэфира и сборка микрокапель могут происходить в NaCl и KCl, но не в MgCl2.

Это говорит о том, что микрокапли полиэфира с большей вероятностью образовывались бы в водоемах с особым солевым составом, например, с высоким содержанием NaCl и KCl, но низким содержанием MgCl2, что благоприятно для полимеризации aHA и последующего образования микрокапель полиэфира.

"Выводы этого исследования ясно показывают, что полиэфирные протоклетки, вероятно, были более распространены на ранней Земле, чем считалось ранее, а также служат основой для следующего поколения лабораторных исследований этой системы", - говорит Чандру.

"Таким образом, широкий спектр примитивных сред обитания, включая океанические, пресноводные, соленые и замкнутые пространства, такие как поры в скалах, могли в конечном счете способствовать образованию этих протоклеток как на Земле, так и в других местах".

Источник