Исследователи смоделировали молекулярный процесс, с помощью которого могли размножаться первые протоклетки на планете. Жизнь, появившись на Земле, в первую очередь должна была научиться воспроизводить саму себя. Из чего бы ни состояли и как бы ни выглядели первые протоклетки, они должны были иметь информацию о самих себе, которую передавали бы потомкам. Как первые организмы решали эту задачу — одна из самых больших загадок в биологии.
Чтобы понять, как на планете зарождалась жизнь, исследователи пытаются воссоздать похожие процессы в лаборатории. До сих пор получить самовоспроизводящиеся молекулярно-биологические структуры с наследственной информацией не удавалось никому. А вот учёные из Токийского университета (Япония) неожиданно сильно продвинулись в этом направлении.
Созданные ими протоклетки состоят из ДНК — носителя наследственной информации — и липидов, образующих мембрану — границу, отделяющую организм от внешней среды. Идея учёных заключалась в следующей уловке: ДНК и липидная мембрана несли разноимённый заряд, а потому ДНК была заякорена на мембране. Получался пузырёк-везикула, внутри которого со стенок свисали наследственные молекулы: вполне похоже на самый первый организм на Земле. Но, кроме закреплённой ДНК, внутри протоклеток были компоненты для полимеразной цепной реакции (ПЦР). Эта реакция сейчас используется буквально везде, от фундаментальных исследований до повседневной клинической практики. ПЦР позволяет просто и быстро «размножить» генетический материал: на основе материнской молекулы ДНК с помощью специального белка-фермента штампуются дочерние копии.
Запуск ПЦР в везикулах, полученных японскими учёными, приводил к появлению большого числа новых копий ДНК, которые также прикреплялись к мембранной стенке. Затем исследователи добавляли избыток липидов, которые вливались в мембрану исходных везикул. Новые жировые молекулы собирались у свежесинтезированных молекул ДНК и в конечном счёте формировали новый пузырёк, который отрывался от дочерней протоклетки. Результаты экспериментов учёные представили в журнале Nature Chemistry.
В теории мембранные пузырьки могли делиться и без ДНК, но на практике они делали это чрезвычайно медленно. Возможно, первоначально всё так и происходило, но в какой-то момент древнейшие мембранные пузырьки заполучили ДНК. Она во много раз ускорила процесс, и новые везикулы обрели эволюционное преимущество.
Как говорят учёные, именно так происходили первые шаги эволюции на планете, превращение эволюции химической в эволюцию биологическую. Представленные эксперименты могут иметь не только общетеоретическое, но и вполне прикладное значение — например, при создании синтетических организмов с заданными свойствами.
По материалам: NewScientist.