![]() |
Один из главных вопросов о происхождении жизни — как капельки РНК, плававшие в первобытном супе, превратились в защищённые мембраной пакеты жизни, которые мы называем клетками? Инженеры из Прицкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, факультета химической инженерии Хьюстонского университета и биологи с химического факультета Университета Чикаго предложили решение этой проблемы. В журнале Science Advances опубликована работа, в которой Аман Агравал и его соавторы, включая Мэтью Тиррелла (нет, он не родственник тех самых Тирреллов) и Джека Шостака, показывают, как дождевая вода могла помочь создать сетчатую стену вокруг протоклеток 3,8 миллиарда лет назад. Это был критический шаг на пути от крошечных бусинок РНК ко всем живым существам.
В исследовании рассматриваются «коацерватные капли» — сгустки сложных молекул, таких как белки, липиды и РНК. Эти капли давно рассматривались как кандидат на создание первых протоклеток. Но возникла проблема. СправкаКоацерватные капли — это сгустки органических веществ, которые могут отделяться от окружающей среды и обмениваться с ней веществами. Это один из этапов эволюции, который описывает гипотезу о том, как появилась жизнь на Земле. Согласно этой гипотезе, коацерваты были первыми структурами, способными к обмену веществ и размножению. Коацерватные капли образуются при смешивании разных типов белков или других сложных молекул в растворе. Они могут поглощать другие вещества из раствора, увеличиваться и делиться на более мелкие капли. Но они не обладают всеми свойствами живых организмов и не считаются полноценными живыми системами. Дело не в том, что капли не могли обмениваться молекулами между собой, а в том, что они делали это слишком хорошо и быстро. Любая капля, содержащая новую мутацию РНК, обменивалась этой РНК с другими каплями в течение нескольких минут. Все капли быстро становились одинаковыми. Без дифференциации и конкуренции невозможна эволюция.
Инженерное решениеШостак, директор Чикагского центра происхождения жизни, считает естественным сотрудничество с UChicago PME и факультетом химической инженерии Хьюстонского университета.
В начале 2000-х годов Шостак начал изучать РНК как первый биологический материал. Это позволило решить проблему, которая раньше ставила исследователей в тупик. Агравал сравнил вопрос о первичности ДНК или белков с проблемой курицы и яйца. Он сказал, что ни одна из этих молекул не могла появиться первой. ДНК не может выполнять функции, но кодирует информацию. Белки выполняют функции, но не могут хранить информацию.
РНК и коацерватные капли рассматривались как первые биологические материалы. Однако Сзостак в 2014 году опубликовал работу, в которой показал, что РНК в коацерватных каплях обменивается слишком быстро. Это вызывало проблемы для данной теории. Учёный предложил решение: поместить капли коацервата в дистиллированную воду. Вокруг них образуется жёсткая оболочка, которая не даёт им обмениваться содержанием РНК. Спонтанное возгорание идейАгравал изучал поведение капель коацервата под воздействием электрического поля во время своей докторской диссертации в Хьюстонском университете. Исследование не было связано с происхождением жизни, а рассматривало интересный материал с инженерной точки зрения. Профессор Хьюстонского университета Аламгир Карим, бывший научный руководитель Агравала и старший соавтор новой работы, говорит, что инженеры хорошо знают, как манипулировать свойствами материалов. Это ключевые аспекты мира сложных жидкостей, таких как шампунь и жидкое мыло. Агравал хотел изучить и другие свойства коацерватов в своей диссертации. Карим, который десятилетиями ранее работал в Университете Миннесоты под руководством Тиррелла (впоследствии декана-основателя Школы молекулярной инженерии Прицкера Университета Чикаго), не занимался этой областью исследований. Во время обеда с Агравалом и Каримом Тиррелл заговорил о том, как исследование влияния дистиллированной воды на коацерватные капли может быть связано с происхождением жизни на Земле. Он спросил, где могла существовать дистиллированная вода 3,8 миллиарда лет назад.
Агравал работал с образцами РНК, полученными от Шостака. Он обнаружил, что перенос капель коацервата в дистиллированную воду увеличивает временной масштаб обмена РНК — с нескольких минут до нескольких дней. Этого времени было достаточно для мутаций, конкуренции и эволюции. Агравал считает, что если популяции протоклеток не будут обмениваться генетическим материалом и стабилизируются, то они смогут эволюционировать. Для этого необходимо, чтобы протоклетки сохраняли свою генетическую информацию в течение хотя бы нескольких дней — тогда в их генетических последовательностях смогут произойти мутации. Дождь, провереноАгравал экспериментировал с деионизированной водой, которая очищается в лабораторных условиях. Это заинтересовало рецензентов журнала, и они спросили, что будет, если пребиотическая дождевая вода будет очень кислой. Лабораторная вода не содержит загрязняющих веществ, солей и имеет нейтральный pH. Она максимально далека от реальных условий. Поэтому учёные собрали воду из дождя в Хьюстоне и проверили устойчивость своих капель в ней. В ходе испытаний с настоящей дождевой водой и с лабораторной, имитирующей кислотность дождевой воды, были получены одинаковые результаты. Сформировались сетчатые стенки, создав условия для зарождения жизни. Однако химический состав современного дождя в Хьюстоне отличается от того, что мог бы выпасть на Земле через 750 миллионов лет. Это же можно сказать о модели протоклеточной системы, которую тестировал Агравал. Новая работа доказывает, что создание сетчатой стены вокруг протоклеток возможно и может работать вместе для разделения молекул жизни. Это приближает к поиску правильного набора химических и экологических условий, позволяющих протоклеткам эволюционировать. Агравал отмечает, что используемые молекулы — это лишь модели, и химия будет немного отличаться, но физика останется прежней. 21.08.2024 |
Биосфера
![]() | |
Science: Муравьи выращивали урожай задолго до появления человека | |
Когда люди начали выращивать сельскохозяйствен... |
![]() | |
Nature Plants: У флоры есть запасной план на случай генетического сбоя | |
Уход за садом — это тяжёл... |
![]() | |
Nature Sustainability: 1,7 млн гектаров устричных рифов уничтожили в Европе | |
Устрицы |
![]() | |
New Phytologist: Растения тоже потеют из-за жары | |
Стоматы — многие знают их как&... |
![]() | |
JAFC: Растения превратят в биофабрики спортивных добавок | |
Учёные разработали метод, который позволяет пр... |
![]() | |
Российские ученые первыми в мире подробно описали паразитических плоских червей | |
Учёные из Санкт-Петербургского университе... |
![]() | |
Не роют, а плывут: ученые выяснили, как двигаются новорожденные черепашки | |
Детеныши зеленых черепах не роют песок, а... |
![]() | |
PLoS Biology: Собачки лучше понимают медленно проговариваемые команды | |
Голос, которым люди обращаются к своим со... |
![]() | |
Frontiers in Veterinary Science: Новый тест покажет, сколько еще проживет собака | |
Инструмент, который помогает владельцам и ... |
![]() | |
PeerJ Life & Environment: Ленивцам Гоффмана грозит гибель из-за потепления | |
Исследование показало, что ленивцы в ... |
![]() | |
PeerJ Life & Environment: Замедленная реакция крякв приводит к авариям | |
В журнале PeerJ Life & Environment вышла с... |
![]() | |
Nature Climate Change: Водоросли процветают по мере потепления океана | |
В части потеплевшего океана процветает невидим... |
![]() | |
PeerJ: У полосатой рыбки открыта способность ослеплять хищников резким движением | |
Камуфляж животных не только помогает им&n... |
![]() | |
PLOS Biology: Фруктовая диета улучшает иммунный ответ летучих мышей на вирусы | |
Фруктоядные летучие мыши вырабатывают меньше а... |
![]() | |
Science of The Total Environment: Сытая пчела хорошо сопротивляется вирусам | |
Как питание, вирусные инфекции и пестицид... |
![]() | |
PNAS: Выяснилось, как и почему меняется поведение журавлей в течение года | |
Исследование четырех видов журавлей раскрывает... |
![]() | |
Horticulture Research: Дефицит фосфатов активирует защиту чая от грибка | |
Растения, содержащие полифенолы, известны свое... |
![]() | |
Nature: Математики открыли новый класс природных форм — мягкие ячейки | |
Математики описали новый класс фигур, часто вс... |
![]() | |
FMS: Ничего сверхъестественного — в Марианской впадине кричат полосатики Брайда | |
Исследователи выяснили, откуда доносятся таинс... |
![]() | |
В МГУ назвали чаек переносчиками патогенных грибов, устойчивых к антибиотикам | |
Сотрудники факультета почвоведения МГУ в&... |
![]() | |
Nature Communications: Медленная седина защищает лошадей от меланомы | |
Учёные из Колледжа ветеринарной медицины ... |
![]() | |
JAVMA: Открыт лучший способ охладить собаку во время жары | |
Климат становится жарче, и собаки могут з... |
![]() | |
FMarS: С пылью из Сахары в океан попадает жизненно важный микроэлемент | |
Железо — необходимый микроэлемент д... |
![]() | |
Cell Host & Microbe: Растения научились не заражать потомство — на очереди человек | |
Учёные выяснили, как растения защищают св... |
![]() | |
Molecular Ecology Resources: Новый метод поможет найти источник яда в генах змей | |
Из 4000 видов змей лишь около десяти процентов... |
![]() | |
Nature Communications: Выяснилось, почему у эму неправильные крылья | |
Учёные выяснили, как у эму укор... |
![]() | |
В СПбГУ изменили таксономию недавно описанного вида горных муравьев из Китая | |
Палеомирмекологи СПбГУ и их ки... |
![]() | |
Scientific Reports: Динго не имели отношения к собакам-изгоям | |
Связь между ископаемыми останками динго и ... |
![]() | |
Nature Ecology & Evolution: Экономия энергии благодаря миграции — заблуждение | |
Институт поведения животных имени Макса Планка... |
![]() | |
Biology Letters: Для спасения от хищников ящерицы научились нырять с аквалангом | |
В новом исследовании Бингемтонского университе... |