Автономное формирование примитивных клеток на древних поверхностях Земли и образце с Марса

Новое исследование Университета Осло предоставляет экспериментальные доказательства того, что популяции древних примитивных клеток могли автономно собираться на минералах в условиях ранней Земли, а также на древней коре Марса.

Современные лабораторные модели самых примитивных древних клеток, часто называемых «протоклетками», которые могли инициировать развитие жизни около 4 миллиардов лет назад, обычно состоят из мягких сферических липидных капсул, свободно взвешенных в воде. Эти модели хорошо объясняют начальные, но не последующие шаги в развитии в сторону структурированных протоклеток, такие как формирование внутренних компартментов или возможный обмен внутренними компонентами между разными единицами.

В недавно принятой статье в журнале ChemSystemsChem команда исследователей из Университета Осло, Университета Колорадо и Университета Копенгагена демонстрирует автономное развитие пребиотических компартментов на тонких срезах природных поверхностей, одна из которых получена из марсианского метеорита NWA 7533 «Черная красавица».

В своих экспериментах исследователи приводили в контакт с природными поверхностями небольшие неупорядоченные капли липидов, взвешенные в воде, и наблюдали за взаимодействиями под микроскопом высокого разрешения. Считается, что липиды были одними из самых ранних органических молекул на ранней Земле.

Они наблюдали спонтанное формирование необычных морфологий протоклеток на природных поверхностях, преимущественно плотных агломератов примитивных клеток, включая сети протоклеток, соединенных наноразмерными трубчатыми «магистралями». Было показано, что популяции протоклеток растут в основном на трещинах исследуемых природных поверхностей и остаются там нетронутыми в течение нескольких дней.

Ранее исследователи обнаружили, что внутренняя энергия природных поверхностей, которых было много на ранней Земле, могла быть использована липидными резервуарами для автономного преобразования в примитивные мембранные оболочки молекулярной толщины. Поскольку биохимические топливные молекулы, используемые современными клетками сегодня, скорее всего, не существовали на ранней Земле, этот источник энергии, достаточно большой для простых молекулярных перестроек, мог играть критическую роль в формировании устойчивых сообществ протоклеток, связанных с поверхностью. Такие популяции взаимосвязанных отдельных протоклеток могут легко передавать интернализованные компоненты, то есть химически общаться, а также лучше противостоять суровым условиям окружающей среды.

Аналогичные результаты, наблюдаемые на образце марсианского метеорита, который представляет очень ранний период развития Красной планеты, когда вода, скорее всего, присутствовала, свидетельствуют о том, что самоформирование примитивных клеток на Марсе также является вполне возможным и, возможно, может дополнить ожидаемые находки миссий роботов Perseverance и Ingenuity.

Пребиотические пузырьки, которые прилипают к твердым поверхностям, могут открывать небольшие поры на очень короткое время и принимать через поры генетический полимер РНК. РНК может самовоспроизводиться, и предполагается, что она существовала у истоков жизни до ДНК и белков.

Результаты исследователей поддерживают гипотезу «Липидного мира» — гипотетической стадии ранней эволюции, во время которой липиды играли одновременно несколько ключевых ролей, включая формирование компартментов, коллективное самовоспроизводство и композиционное наследование.

Формирование популяций протоклеток на природных поверхностях могло быть отправной точкой реализуемого пути трансформации от неживых к живым сущностям.