От хаоса к жизни: разгадка древней молекулярной кухни

Исследования показывают, что древние тепловые потоки могли организовать пребиотические молекулы в строительные блоки жизни, обеспечивая естественный механизм для сложных молекулярных взаимодействий, необходимых для возникновения жизни.

От хаоса к жизни: разгадка древней молекулярной кухни

Жизнь – это сложный процесс. То, что верно для нашего повседневного существования, верно и для многих сложных процессов, происходящих внутри клеток. В клетках непрерывно синтезируются белки, строятся клеточные стенки, а ДНК реплицируется. Это возможно лишь в случае, если реагенты встречаются в нужное время и в достаточно высоких концентрациях, избегая разрушения со стороны других веществ. Механизмы, ответственные за эти жизненно важные процессы, были усовершенствованы эволюцией в течение миллиардов лет, обеспечивая их высокую эффективность и точность.

Четыре миллиарда лет назад обстоятельства, вероятно, были гораздо более хаотичными, когда пребиотические реакции создали условия для возникновения первых форм жизни. Для этих реакций требовалось, чтобы "правильные" вещества собрались вместе в "нужное" время в одном месте, чтобы образовались более сложные биомолекулы, такие как РНК и аминокислотные цепи.

Хотя эти реакции можно воссоздать в лаборатории через промежуточные шаги, выполненные вручную, их трудно реализовать в "первобытном супе" — в очень разбавленной смеси пребиотических строительных блоков. Как же природа смогла создать подходящие условия для зарождения жизни?

Исследователи биофизики, включая доктора Кристофа Маста и профессора Дитера Брауна из LMU, совместно с геонауками, такими как профессор Беттина Шой, нашли возможный ответ на этот вопрос и опубликовали свои результаты в журнале Nature. "Наши исследования показывают, как простые тепловые потоки могли создать порядок среди химического хаоса первобытных времен и способствовать возникновению первых пребиотических реакций," — объясняет Маст.

Тепло, выделяемое в результате геологических и химических процессов, приводило к образованию тепловых потоков практически повсюду в те далекие времена. Если этот тепловой поток проходил через трещины, наполненные водой, возникающие, например, при быстром охлаждении расплавленной породы, это приводило к конвекции воды и направленному движению растворенных веществ вдоль теплового потока. Вместе эти два эффекта — конвекция и термофорез — приводили к накоплению и концентрации различных растворенных веществ в разных местах.

Группа Маста экспериментально продемонстрировала такое избирательное накопление более чем 60 различных пребиотических строительных блоков, таких как нуклеиновые основания и аминокислоты. Они обнаружили, что эти вещества могут сильно различаться по термофорезу и, следовательно, различно обогащаться в трещинах породы. "В системе взаимосвязанных трещин и трещин в породе этот эффект усиливается и приводит к образованию смесей с разным составом пребиотических веществ в каждой трещине," — объясняет Томас Матрё, ведущий автор статьи. "Хотя первоначальный раствор был равномерно разбавлен и, следовательно, нереактивен, простые тепловые потоки могут таким образом создать удивительное разнообразие возможных стартовых условий для пребиотической химии," — добавляет Паула Айккила, другой ведущий автор исследования.

Без помощи современных лабораторных технологий или передовых механизмов реакции современной жизни природа могла бы создать "молекулярную кухню" в крупных геологических сетевых системах, где все ингредиенты жизни были бы отсортированы и готовы. В рамках Совместного исследовательского центра "Молекулярная эволюция в пребиотических средах" (CRC 392) исследователи теперь планируют выяснить, сколько "блюд" жизни можно "приготовить" в этой системе.

Читайте также

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

«Оземпик» продлил жизнь старым мышам на 100 дней

«Оземпик» продлил жизнь старым мышам на 100 дней

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне