Возникновение жизни из неорганических химических соединений – это величайшая тайна. Как проникнуть в нее? Мы никогда не узнаем, какие вещества присутствовали на добиологической Земле, но можно «допросить» современные биомолекулы. Сами по себе молекулы из живых клеток мало на что способны. Но если добавить к ним жировые соединения (образующие примитивную версию клеточной мембраны), то химикалии сближаются друг с другом и начинают вести себя совершенно особым образом.
Самоорганизация молекул – возможный источник жизни на ЗемлеНобелевскую премию по химии за 1987 год дали ученым, продемонстрировавшим способность молекул к самоорганизации (когда различные химические соединения под воздействием множества сил сближаются и превращаются в молекулярную машину, которая может выполнять сложные задачи). В каждой клетке – масса таких молекулярных машин.
Паскуале Стано (Pasquale Stano) из Римского университета III воспользовался этим свойством для изучения биогенеза. Ученый и его коллеги выбрали молекулярный «набор», производящий белки – 83 различных молекулы, в том числе ДНК, запрограммированную на выработку зеленого флуоресцентного белка, видимого в конфокальный микроскоп.
«Комплект» выдает белки только если его молекулы достаточно близки, чтобы вступать в реакцию друг с другом. Если разбавить их водой, реакции прекращаются. Именно по этой причине внутри клеток наблюдается такая скученность – иначе «химия жизни» не заработает.
Чтобы воссоздать такую «толпу» молекул, Стано добавил в раствор вещество под названием POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine), фосфолипид – такие жировые молекулы (липиды) не смешиваются с водой, а автоматически образуют липосомы. По структуре они очень похожи на мембраны живых клеток.
Стано увидел, что многие липосомы захватили часть молекул из «набора». Что поразительно, пять липосом из каждой тысячи «поймали» все 83 молекулы, необходимые для выработки белка. Эти липосомы производили флуоресцентный белок в больших количествах и ярко светились под микроскопом.
По статистике, вероятность «сборки» 83 молекул даже одной липосомой из тысячи ничтожно мала. Сам факт частой выработки зеленого белка свидетельствуют о том, что происходит нечто уникальное.
Стано и его коллеги не понимают, почему так происходит. Возможно, это случайный процесс, который легко объяснит более совершенная статистическая модель. Также вероятно, что выбранные ученым молекулы сами далеко продвинулись по пути эволюции и особенно хорошо приспособлены к самоорганизации. Если бы получилось повторить эксперимент с похожими, но менее сложными молекулами!
Но несмотря на эти оговорки, эксперимент Стано впервые показал, что самосборка молекул в простые клетки может быть неизбежным физическим процессом. Разобравшись, как именно он происходит, поможет нам существенно лучше понять природу биогенеза.