Жизнь бурлила и кипела: как на Земле появились первые клетки — новая версия

Исследователи из Университета Ньюкасла сымитировали в лаборатории смешение вод первобытного океана и горячих гидротермальных источников. И обнаружили, что в таких условиях из неорганических веществ образуются ряд органических молекул, включая смешанные жирные кислоты длиной до 18 атомов углерода. Это одни из самых очевидных кандидатов на формирование первых клеточных мембран, необходимых для возникновения жизни. Команда считает, что именно так — в горячей воде, 3,5 миллиарда лет назад — на Земле могла зародиться жизнь. Результаты опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Мембрана жизни

Как объясняют авторы в своем исследовании, для возникновения первых живых систем должны были появиться компартменты (отсеки), связанные мембраной — это позволило отделять внутреннюю биохимию от внешней среды и концентрировать ее.

У жирных кислот — длинных органических молекул — есть области, которые одновременно притягивают и отталкивают воду. Оказавшись в водной среде, они естественным образом собираются вместе — водоотталкивающими частями внутрь и притягивающими воду частями наружу, образуя отсеки из клеток — компартменты. Поэтому есть большая вероятность, что именно из этих молекул могли сформироваться первые клеточные мембраны. Однако до сих пор неизвестно, откуда могли появиться сами жирные кислоты на ранних стадиях этого процесса.

Ученые выдвинули гипотезу, что это могло произойти в гидротермальных источниках, где горячая щелочная вода, насыщенная водородом, смешивалась с морской водой с содержанием углекислого газа.

Для проверки версии в лаборатории воссоздали основные характеристики химической среды раннего океана, известные из предыдущих исследований. И смешивание с ней воды из определенных типов гидротермальных источников в условиях непрерывного потока, щелочного рН и температуры около 90 °C.

От кислот к протоклеткам

Реакция растворенного водорода из горячих жидкостей с CO₂ из морской воды, бикарбонатом и богатым железом минералом магнетита (который присутствовал на первобытной Земле) привела к образованию типа молекул, необходимых для примитивных клеточных мембран.

«Центральное место в зарождении жизни занимают клеточные компартменты, имеющие решающее значение для изоляции внутренней химии от внешней среды. Они сыграли важную роль в стимулировании жизнеобеспечивающих реакций, так как концентрировали химические вещества внутри и облегчали производство энергии, потенциально служа краеугольным камнем самых ранних моментов жизни», — объясняет один из авторов статьи Грэм Первис, исследователь из Школы естественных наук и охраны окружающей среды Университета Ньюкасла.

Команда продолжает исследование, чтобы продвинуться дальше и теперь понять, что было вторым шагом: как эти молекулы жирных кислот, «прилипшие» к минералам, могли оторваться, чтобы образовать первые сферические «протоклетки». Из них впоследствии и должна была формироваться первая клеточная жизнь миллиарды лет назад.

Авторы также предполагают, что если процесс действительно был таким, то подобные реакции, ведущие к созданию мембран, могут происходить и сегодня — в океанах под поверхностью ледяных спутников планет в Солнечной системе. Значит, в этих мирах тоже может появиться жизнь. А возможно, уже появилась.