Возникновение жизни на Земле смоделировано в ходе эксперимента

Среда

Редакция сайта «Технологические инновации» — 3 сентября 2025 г.

Схематическая диаграмма, суммирующая различные этапы и процессы, связанные с синтетической системой жизни. Вверху показано, как первое поколение получает катализатор и развивается в самовоспроизводящуюся везикулярную систему. [Изображение: Сай Кришна Катла и др. - 10.1073/pnas.2412514122]

Чрезвычайная ситуация в жизни

Несмотря на опасения, вызванные синтетической биологией , создание синтетических клеток , первый шаг к искусственной жизни , имеет многочисленных сторонников среди ученых.

Но прежде чем приступить к более спорным открытиям, Сай Катла и его коллеги из Гарвардского университета в США стремятся ответить на вопрос, который можно считать главной загадкой биологии: как зародилась жизнь?

Они полагают, что приближаются к ответу, создавая искусственные, клеточноподобные химические системы, которые позволяют им контролируемым образом моделировать метаболизм, размножение и даже эволюцию — основные характеристики жизни.

Это простые системы, но их можно построить из небиохимических молекул — это не настоящая жизнь, а лишь симуляция поведения жизни.

«Насколько мне известно, это первый случай, когда кто-либо сделал что-то подобное: создал структуру, обладающую свойствами жизни, из чего-то совершенно однородного на химическом уровне и лишённого какого-либо сходства с естественной жизнью», — сказал профессор Хуан Меркадер, координатор исследования.

Появление мицелл, похожих на очень простые клетки. [Изображение: Саи Кришна Катла и др. - 10.1073/pnas.2412514122]

Проверка теорий

Все формы жизни имеют некоторые общие основные характеристики: они обрабатывают химическую информацию, усваивают ту или иную форму энергии (например, потребляют пищу или фотосинтезируют), чтобы поддерживать себя и расти, а также размножаются и развиваются в ответ на окружающую среду.

Меркадер начал с разработки математических уравнений для фундаментальных физико-химических принципов биологии, основанных на условиях астрофизической среды. Затем он и его ученики использовали эти решения в качестве руководства для синтеза искусственной жизни в пробирке.

Идея, конечно, не нова, но годами эти попытки оставались теоретическими изысканиями, не подкреплёнными экспериментальными данными. Ситуация начала меняться с появлением самосборки, индуцированной полимеризацией, — процесса, в котором неупорядоченные наночастицы моделируются так, чтобы спонтанно возникать, самоорганизовываться и собираться в структурированные объекты в масштабах миллионных или миллиардных долей метра.

Это позволило им воплотить свои теории в жизнь — почти в буквальном смысле. В этом новом эксперименте команда стремилась продемонстрировать, как жизнь могла возникнуть из материалов, подобных тем, что присутствуют в межзвёздной среде — облаках газа и твёрдых частиц, оставшихся после эволюции звёзд в галактике, — и с использованием световой энергии звёзд. Пробирка служила лабораторной версией знаменитого «тёплого пруда» Дарвина.

Профессор Меркадер начинал как астрофизик, заинтересовался возникновением жизни, а теперь перешёл в биологию. [Фото: Грейс Дюваль/Гарвард]

Аналоги эволюционирующих клеток

Команда смешала четыре небиохимические (но основанные на углероде) молекулы с водой в стеклянных пробирках, окружённых зелёными светодиодами. При включении света смесь вступила в реакцию с образованием амфифилов — молекул, обладающих как гидрофобными (водоустойчивыми), так и гидрофильными (водолюбивыми) частями.

Молекулы самоорганизовались в шарообразные структуры, называемые мицеллами. Эти структуры удерживали жидкость внутри, где она приобретала другой химический состав и превращалась в везикулы, клеточноподобные структуры — по сути, заполненные жидкостью мешочки.

В конце концов, везикулы выбрасывали новые амфифилы, такие как споры, или просто разрывались, и свободные компоненты формировали новые поколения более клеточных структур. Однако растущее число выброшенных спор несколько отличалось друг от друга, причём некоторые из них оказывались более склонными к выживанию и размножению, тем самым моделируя то, что исследователи назвали «механизмом свободной наследуемой изменчивости», лежащим в основе дарвиновской эволюции.

Профессор Меркадер с энтузиазмом характеризует этот эксперимент как модель возможного зарождения жизни на Земле около 4 миллиардов лет назад. Он полагает, что система, подобная той, которую продемонстрировала его команда, могла развиться химическим путём и дать начало последнему универсальному общему предку — изначальной форме, давшей начало всей последующей жизни.

«В этом сценарии мы видим, что можно легко начать с молекул, которые ничем не отличаются от сложных биохимических молекул, связанных с современными естественными живыми системами. Эта простая система — лучшая для зарождения жизни», — сказал он.

Другие новости о:

Больше тем