Обнаружен новый подход к изучению происхождения жизни: испарение

Исследователи из Университета Гонконга (HKU) обнаружили, что испарение может способствовать компартментализации биохимических соединений, что могло создать среду для начала ранней эволюции.

Ключевое открытие

Команда под руководством профессора Андерсона Шума обнаружила, что жидкостно-жидкостное фазовое разделение (LLPS) — механизм образования безмембранных органелл в клетках — можно инициировать и поддерживать с помощью испарения капель. Это решает проблему запуска LLPS в разбавленной и стохастической «первичном бульоне», где концентрации ингредиентов обычно недостаточны для фазового разделения.

Эксперимент и результаты

• В эксперименте использовалась полностью водная капля, содержащая полиэтиленгликоль (PEG) и декстран.
• Испарение приводило к уменьшению содержания воды и увеличению концентрации полимеров, вызывая спонтанное разделение исходно однородной капли на две фазы.
• Полученная компартментализация усиливает биохимические реакции:
  • Демонстрирует локализацию и хранение нуклеиновых кислот.
  • Позволяет проводить in vitro транскрипцию.
  • Увеличивает активность рибозима в 3 раза.

Значение для теории происхождения жизни

Концентрация и компартментализация ранних функциональных биомолекул в «первичном бульоне» (гипотетической субстанции на ранней Земле 4.0–3.7 млрд лет назад) были необходимы для образования первых живых клеток. Открытие предлагает возможный физический механизм, как это могло происходить до эволюции клеточных мембран.

Мнение исследователей

• Доктор Эндрю Брайан Кингхорн: Сравнил процесс со спонтанным разделением молока и кофе в готовом напитке. «Испарение или высыхание приводит к компартментализации и концентрации всех химических веществ, необходимых для жизни».
• Аспирант Вэй Го: Отметил, что разделение большой капли на меньшие может быть полезно для будущих исследований живых клеток, и что открытие закладывает основу для понимания физических явлений с точки зрения гидродинамики.
• Профессор Андерсон Шум: Подчеркнул, что это первый случай использования испарения для инициирования такого фазового разделения в водной двухфазной системе. Открытие было сделано из любопытства и демонстрирует, как сложность может возникать из простой системы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications под названием «Non-associative phase separation in an evaporating droplet as a model for prebiotic compartmentalization».