Жизнь на основе липидов

Ученые выяснили, что липиды могут выступать в роли катализатора производства ферментов подобно рибозиме

0

В 1924 году советский биохимик Александр Опарин утверждал, что жизнь на Земле появилась в результате постепенных химических изменений органических молекул в так называемом «первичном бульоне», который, вероятно, существовал на Земле четыре миллиарда лет назад. По его мнению, сложные сочетания неорганических молекул, взаимодействующие в маленьких масляных капельках, могли со временем развить жизненные способности – самовоспроизведение, естественный отбор и эволюцию. Эти идеи были приняты научным сообществом со значительными сомнениями, которые по-прежнему актуальны и сегодня.

Тридцать лет спустя, когда была расшифрована структура ДНК, ученые поняли, что эта молекула способна к самовоспроизведению. Но критики утверждали, что жизнь требует не только репликаторов, но и ферментных катализаторов для контроля метаболизма. Еще через 30 лет было совершено открытие, что РНК, ключевой компонент передачи информации от ДНК к белкам, также может быть ферментом. Так родилось понятие «РНК-мир», где жизнь появилась, когда изначальный суп породил рибозимы – активные части рибосом, способные инициировать и контролировать метаболизм.

Несмотря это открытие сомнения все еще оставались, поскольку рибосома представляет собой очень сложную молекулу с крайне незначительной вероятностью спонтанного появления в первичном бульоне. Это привело к развитию альтернативной концепции – взаимно каталитическим сетям, обеспечивающим копирование целых молекулярных ансамблей. Эта идея повторяет эволюционирующую сложную комбинацию простых молекул по теории Опарина, каждая из которых обладает высокой вероятностью появления в первичном бульоне. Осталось лишь создать подробную химическую модель, которая поможет описать подобный сценарий.

Профессор Дорон Ланцет и его коллеги с кафедры молекулярной генетики Института имени Вейцмана создали такую модель. Во-первых, необходимо было определить подходящий тип молекул, которые могут группироваться вместе и эффективно формировать сети взаимных взаимодействий в соответствии с теорией Опарина. Ланцет предложил обратить внимание на липиды – маслянистые соединения, которые спонтанно образуют агрегированные мембраны, охватывающие все живые клетки. Липидные пузырьки (везикулы) могут расти и расщепляться подобно живым клеткам. Именно так Ланцет создал концепцию «Липидный мир» два десятилетия назад.

Впоследствии они подробно рассмотрели вопрос о том, как группа липидов может хранить и передавать информацию из одного поколения в другое. Ученые внесли понятие о том, что распространяемая информация – это композиционная информация, а также произвели детальное компьютерное моделирование того, как именно это происходит.

В статье, опубликованной в «Journal of the Royal Society Interface» Ланцет и его коллеги сообщают о проведении обширного исследования, в котором показано, что липиды могут выступать в роли катализатора производства ферментов подобно рибозиме. Это свойство имеет решающее значение для формирования сетей взаимного взаимодействия. Кроме того, авторы показывают, используя инструменты системной биологии и вычислительной химии, что масляные капли могут накапливать и хранить композиционную информацию, а также при делении передавать информацию потомству.

На основе разработанной ими компьютерной модели ученые продемонстрировали, что конкретные липидные композиции, могут быть подвержены мутациям, подлежат естественному отбору в ответ на изменения окружающей среды, и даже подвергаться дарвиновской эволюции. Профессор Ланцет заявляет, что такая информационная система, основанная на композициях, а не на последовательности химических «букв», как в ДНК, напоминает ему область эпигенетики, где характеристики наследуются независимо от последовательности ДНК. Это подтверждает уверенность ученых в том, что жизнь могла возникнуть до появления ДНК и РНК. В своей статье они фактически определяют химический путь, который приводит к появлению генетического материала в рамках теории масляных капель.

Достоверность концепции «Липидного мира» Ланцета зависит от того, было ли в изначальном супе достаточное количество масляных молекул. В своей работе ученые описывают глобальный поиск признаков того, что наличие таких молекул на ранней Земле было весьма вероятным. Уверенность ученых была подкреплена недавними исследованием, показывающим, что Энцелад, один из спутников Сатурна, имеет подповерхностный океан, наполненный соединениями некоторые из которых могут образовывать капли липидного типа.

Профессор Ланцет утверждает, что полученные результаты, в совокупности с инновационными расчетами, проведенными на основе математического моделирования показывают, что вероятность возникновения липидной жизни достаточно высока.

по материалам Astrobiology Magazine

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: