У пошуках походження життя

Саме така доля спіткала гіпотезу про походження життя, яку майже століття тому запропонував радянський учений Олександр Опарін. Тепер цю ідею воскресили й активно висувають аргументи на її користь.

На думку Опаріна, перші форми життя були рідкісними кластерами, які вільно плавали в первісному супі з будівельних блоків життя: метану, аміаку та інших органічних речовин. Він вважав, що ці кластери повинні бути відокремленими від свого навколишнього середовища, як краплі олії у воді. Плаваючи у воді, вони захоплювали важливі органічні сполуки, які мали більше шансів контактувати між собою всередині краплі, ніж назовні. Саме завдяки такому контакту і відбулися хімічні реакції, які були необхідні для утворення життя.

Опарін провів кілька класичних хімічних реакцій всередині таких крапель. Його експерименти показали, що завдяки близькості між хімічними сполуками всередині крапель могли сформуватися короткі послідовності РНК — однієї з молекул, що зберігає генетичну інформацію всередині клітини.

Його ідея була елегантна і проста.

Логічно, що будівельні блоки життя мали більше шансів взаємодіяти всередині краплі, ніж у вільному середовищі — це нагадує пасажирів у переповненому автобусі, які матимуть більше шансів спілкуватися між собою, ніж у напівпорожньому, де зайнято лише кілька місць.

Клітини бактерій, рослин і наших тіл мають мембрани, які розмежовують те, що відбувається всередині клітини, від навколишнього середовища. Кластери Опаріна хоч і були відокремлені, проте не мали стінок.

Натомість вони були густішими, ніж їхнє середовище, і мали консистенцію густого, клейкого масла. Такі оливоподібні краплі мали більше шансів взаємодіяти між собою, ніж зі своїм середовищем. Примітивні організми, які могли в такий спосіб виділитися з води, мали б розвинути менше частин, порівняно з сучасними клітинами з мембранами, що є вигідним кроком в еволюції життя.

На жаль, політичні причини та обмежене розуміння біології тих часів завадили науковій спільноті прийняти ідеї Опаріна.

Спочатку вони були опубліковані російською мовою і не отримали належної уваги за межами СРСР. Коли його роботи переклали, вчені з усього світу почали їх обговорювати. Але оскільки Опарін був радянським ученим, багато чого з того, що він написав, було подано в марксистській оболонці, що під час Холодної війни змусило західних учених відкинути його ідеї. Крім того, було важко зрозуміти, як кластери Опаріна могли призвести до еволюції сучасної клітини. Краплі, які використовували у своїх експериментах, мали інгредієнти, яких немає в клітинах сьогодні. Тому біологи забули про Опаріна.

Лише 2018 року двоє вчених, Джаред Шредер з Університету Вейна та Сет Чілдерз з Піттсбурзького університету, помітили щось цікаве всередині бактерії, яку вони досліджували. Один із білків сформував у ній кластери. Провівши додаткові експерименти, науковці виявили, що ці кластери здатні спонтанно відокремлюватися, наче краплі Опаріна.

Згодом німецькі вчені з Інституту біохімії Макса Планка виявили значно більшу кількість кластерів. Вони вивчали різні типи бактерій, які здійснюють фіксацію вуглецю — процес, що виймає двоокис вуглецю з атмосфери та перетворює його на кисень і молекули цукру, які бактерії використовують як їжу. Коли ці дослідники з'єднали ділянки білків, які зв'язують вуглець, їх дуже здивувало те, що вони побачили. Суміш злиплася воєдино, немов в'язка крапля — точно так само, як в експерименті Чілдерза і Шредера кількома місяцями раніше.

Ці відкриття змусили наукове товариство переглянути своє ставлення до ідей Опаріна і надати їм статус серйозної наукової гіпотези про походження життя. Вільноплаваючу краплю і справді легше собі уявити в ролі предка життя, якщо сучасні клітини також використовують схожі краплі, щоб організувати важливі хімічні реакції всередині себе.

Знаходження краплеподібних структур всередині бактеріальних клітин може бути важливим дороговказом до розуміння походження життя. Хоча краплі в тілі бактерій, виявлені протягом минулого року, не є першим прикладом знаходження схожих структур — вчений з Принстонського університету Кліффорд Бренгвайн побачив їх у тілі круглих черв'яків ще кількома роками раніше, — варто серйозно поставитися до ідеї, що ці краплі можуть бути далекими нащадками первісної краплі, порівняно зі схожими структурами в тілі більш складних тварин і рослин.

Але навіть сьогоднішні бактеріальні краплі на багато еволюційних кроків випереджають вільноплаваючі краплі Опаріна.

Щоб повністю зрозуміти, який вигляд могли мати ці первісні структури, вченим ще потрібно буде вивчити велику кількість крапель у багатьох видів — і, можливо, їм вдасться простежити загальні структури, що лежать в основі всіх цих крапель, і які могли бути успадковані від далекого предка, що жив мільярди років тому. На щастя, це завдання не є дуже великим викликом: метаболічні процеси, які зумовлюють формування крапель, відбуваються в тілі багатьох бактерій. Тож матеріалу для досліджень науковці, найімовірніше, не матимуть.

Можливо, виявиться, що Опарін мав рацію і якимось чином передбачив фундаментальний крок в еволюції життя ще за століття до появи експериментальних даних. Наукова спільнота за часів Опаріна мала причини поставити під сумнів його ідеї, оскільки для них не вистачало доказів.

Однак його ім'я зникло з дебатів про походження життя радше через політичні погляди західних учених.

Сьогодні, коли з'явилися нові докази та став більш толерантним політичний клімат, Опарін знову посів важливе місце в дискусії про походження життя. Але перш ніж як наукова спільнота підтвердить його ідеї, дискусії триватимуть.