Поширені уявлення про виникнення клітин можуть бути невірними: свіжі дані говорять про наявність міцних гелевих основ задовго до перших живих істот.
Земля / © Freepik
Міжнародна група науковців запропонувала нову теорію «спершу гелі», яка пояснює зародження життя на давній Землі. Згідно з висновками, початкові біомолекули утворювалися не у воді, а в середині захисної клейкої маси.
Про це повідомляє sciencealert.
Як з’явилося життя на Землі: нова концепція
У новій науковій праці міжнародний колектив учених висунув гіпотезу, що життя могло зародитися набагато раніше появи клітин — у шматку липкої субстанції, що трималася на поверхні каменю.
Автори гадають, що напівтверда гелеподібна структура, подібна до бактеріальних біоплівок, котрі зараз можна побачити на камінцях, у водоймах чи навіть на невичищених зубах, могла створити найкращі умови для появи життя — як на Землі, так і, вірогідно, на інших планетах.
Така «киселеподібна» гіпотеза походження життя є досить незвичною, оскільки більшість концепцій пов’язують початкові органічні процеси саме з водним простором, а не з гелем. Разом із тим, ці традиційні підходи мають труднощі з тим, як прості молекули, що, скоріш за все, існували в первісних океанах Землі, змогли сформувати складні утворення на кшталт РНК чи ДНК без додаткових факторів.
Гелеподібне оточення, на думку дослідників, могло б допомогти розв’язати одразу декілька таких питань.
Концепція про роль гелів у виникненні життя на Землі
«Хоча багато теорій зосереджені на функціях біомолекул і біополімерів, наша теорія натомість бере до уваги роль гелів у походженні життя», — зауважує астробіолог з Університету Хіросіми Тоні Цзя.
За словами науковця та його колег, гель міг утримувати молекули та організовувати їх у досить стійкі структури, щоб здолати головні перешкоди добіотичної хімії.
Давня Земля була значно суворішим місцем, ніж зараз: її поверхні безперешкодно досягало сильне ультрафіолетове випромінювання, а температурні умови були надмірними.
Дослідники припускають, що добіотичні гелі могли правити за захист для вразливих хімічних процесів життя ще до появи клітин із мембранами.
Згідно з цією концепцією, вперше запропонованою 2005 року та розширеною сьогодні, протоклітини не були початковою фазою виникнення життя, а стали наслідком хімічної упорядкованості, що утворилася у первинній липкій масі.
«Тут ми подаємо підхід „спершу гелі“, який передбачає, що раннє життя могло зародитися в гелевих матрицях, приєднаних до поверхонь. Такі добіотичні гелі могли дозволити примітивним хімічним системам подолати головні перепони добіотичної хімії завдяки концентрації молекул, вибірковому утриманню, збільшенню результативності реакцій та пом’якшенню середовища», — пишуть дослідники.
Перші ознаки метаболізму
Відповідно до гіпотези, саме в таких гелях могли виникнути перші прояви метаболізму, коли речовини почали обмінюватися електронами. Ультрафіолетове випромінювання, разом із видимим та інфрачервоним світлом, могло надавати енергію для реакцій усередині гелю — подібно до того, як зараз діє фотосинтез у рослин.
Окрім цього, гелі здатні концентрувати мономери, зокрема активовані нуклеотиди та амінокислоти, і вибірково реагувати з різними хімічними сполуками.
Вологе, але не зовсім рідке середовище гелевої матриці сприяє реакціям, які з’єднують мономери у полімери — складні молекули, схожі до тих, що входять до складу живих організмів, — на відміну від процесів розпаду на більш прості компоненти.
Ця гіпотеза також розширює погляди на пошук життя за межами Землі: у майбутніх космічних місіях об’єктом уваги можуть бути не тільки конкретні хімічні сполуки, а й гелеподібні структури.
До речі, вчені з Інституту Карнегі за допомогою штучного інтелекту виявили хімічні відбитки життя у породах віком 3,3 млрд років, що відсуває знані докази існування живих організмів на 1,6 млрд років тому. Застосовуючи метод піроліз-газової хромато-мас-спектрометрії та машинне навчання, дослідники навчилися з точністю понад 90% розпізнавати «молекулярні привиди» — зруйновані біологічні сигнали, що збереглися попри мільярди років геологічних змін. Зокрема, вдалося ідентифікувати сліди фотосинтезу у зразках віком 2,52 млрд років, що на 800 млн років раніше за попередні оцінки.