Учёные приблизились к разгадке тайны возникновения жизни на Земле
В какой-то момент эволюции жизни на Земле неорганические вещества стали органическими, а неживое — живым. Как это произошло, остаётся одной из величайших загадок человечества. Сегодня учёные работают над созданием синтетических клеток, которые имитируют живые клетки, надеясь найти подсказки, которые помогут ответить на вопрос: как зародилась жизнь на Земле?
Хотя единого определения жизни не существует, в биологии выделяют три основных элемента:
* В прошлом исследователи сосредоточивались на компартментализации, но не на метаболизме. Тем не менее этот цикл построения и разрушения молекул является важнейшим аспектом того, как живые клетки реагируют на внешние стимулы, размножаются и эволюционируют.
Новый шаг в понимании происхождения жизни
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали систему, которая синтезирует клеточные мембраны и включает метаболическую активность. Их работа опубликована в журнале Nature Chemistry и представлена на обложке июньского выпуска 2025 года.
«Клетки, лишённые метаболической сети, застряли — они не могут перестраиваться, расти или делиться», — заявил Нил Деварадж, заслуженный профессор химии и биохимии в Калифорнийском университете в Сан-Диего и главный исследователь проекта. «Жизнь сегодня высокоразвита, но мы хотим понять, может ли метаболизм происходить в очень простых химических системах до эволюции более сложной биологии».
Липиды и клеточные мембраны
Липиды — это жирные соединения, которые играют решающую роль во многих клеточных функциях. В живых клетках липидные мембраны служат барьерами, отделяя клетки от внешней среды. Липидные мембраны динамичны, они могут перестраиваться в ответ на клеточные потребности.
Лаборатория Девараджа разработала систему, в которой липиды могут не только формировать мембраны, но и, благодаря метаболизму, разрушать их. Система, которую они создали, была абиотической, то есть использовала только неживые вещества. Это важно для понимания того, как жизнь возникла на пребиотической Земле, когда существовала только неживая материя.
«Мы пытаемся ответить на фундаментальный вопрос: каковы минимальные системы, обладающие свойствами жизни?» — сказал Алессандро Франкасси, постдокторант в лаборатории Девараджа и первый автор статьи.
Химический цикл
Химический цикл, который они создали, использует химическое топливо для активации жирных кислот. Затем жирные кислоты соединяются с лизофосфолипидами, которые генерируют фосфолипиды. Эти фосфолипиды спонтанно формируют мембраны, но в отсутствие топлива они разрушаются и возвращаются к компонентам жирных кислот и лизофосфолипидов. Цикл начинается заново.
Теперь, когда они показали, что могут создать искусственную клеточную мембрану, они хотят продолжать добавлять слои сложности, пока не создадут нечто, обладающее многими свойствами, которые мы связываем с «жизнью».
«Мы многое знаем о живых клетках и об их составе», — заявил Франкасси. «Но если разложить все отдельные компоненты, мы на самом деле не понимаем, как их собрать вместе, чтобы клетка функционировала так, как она это делает. Мы пытаемся воссоздать примитивную, но функциональную клетку, слой за слоем».
Перспективы
Помимо пролива света на то, как жизнь могла зародиться в абиотической среде, разработка искусственных клеток может иметь реальное практическое применение. Доставка лекарств, биопроизводство, очистка окружающей среды, биомиметические датчики — всё это возможности, которые появятся в ближайшие десятилетия по мере углубления нашего понимания того, как возникла жизнь на Земле.
«Мы можем не увидеть эти достижения в течение 10–20 лет», — отметил Деварадж. «Но мы должны делать работу сегодня, потому что нам ещё так много предстоит узнать».
Предоставлено: University of California — San Diego