В поисках происхождения жизни

Именно такая судьба постигла гипотезу о происхождении жизни, которую почти век назад предложил советский ученый Александр Опарин. Теперь эту идею воскресили и активно выдвигают аргументы в ее пользу.

По мнению Опарина, первые формы жизни были редкими кластерами, которые свободно плавали в первоначальном супе из строительных блоков жизни: метана, аммиака и других органических веществ. Он считал, что эти кластеры должны быть отделенными от своей окружающей среды, как капли масла в воде. Плавая в воде, они захватывали важные органические соединения, которые имели больше шансов контактировать между собой внутри капли, чем наружу. Именно благодаря такому контакту и произошли химические реакции, которые были необходимы для образования жизни.

Опарин провел несколько классических химических реакций внутри таких капель. Его эксперименты показали, что благодаря близости между химическими соединениями внутри капель могли сформироваться короткие последовательности РНК — одной из молекул, сохраняет генетическую информацию внутри клетки.

Его идея была элегантна и проста.

Логично, что строительные блоки жизни имели больше шансов взаимодействовать внутри капли, чем в свободной среде — это напоминает пассажиров в переполненном автобусе, которые будут иметь больше шансов общаться между собой, чем в полупустом, где занято лишь несколько мест.

Клетки бактерий, растений и наших тел имеют мембраны, которые разграничивают то, что происходит внутри клетки от окружающей среды. Кластеры Опарина хоть и были отделены, однако не имели стенок.

Вместо этого они были более густыми, чем их среда, и имели консистенцию густого, клейкого масла. Такие маслообразные капли имели больше шансов взаимодействовать между собой, чем со своей средой. Примитивные организмы, которые могли в такой способ выделиться из воды, имели бы развить менее частей, по сравнению с современными клетками с мембранами, является выгодным шагом в эволюции жизни.

К сожалению, политические причины и ограниченное понимание биологии тех времен помешали научному сообществу принять идеи Опарина.

Сначала они были опубликованы на русском языке и не получили должного внимания за пределами СССР. Когда его работы перевели, ученые со всего мира начали их обсуждать. Но поскольку Опарин был советским ученым, многое из того, что он написал, было подано в марксистской оболочке, что во время Холодной войны заставило западных ученых отвергнуть его идеи. Кроме того, было трудно понять, как кластеры Опарина могли привести к эволюции современной клетки. Капли, использующие в своих экспериментах, имели ингредиенты, которых нет в клетках сегодня. Поэтому биологи забыли про Опарина.

Лишь в 2018 году двое ученых, Джаред Шредер из Университета Уэйна и Сет Чілдерз из Питтсбургского университета, заметили что-то интересное внутри бактерии, которую они исследовали. Один из белков сформировал в ней кластеры. Проведя дополнительные эксперименты, ученые обнаружили, что эти кластеры способны спонтанно отделяться, будто капли Опарина.

Впоследствии немецкие ученые из Института биохимии Макса Планка обнаружили значительно большее количество кластеров. Они изучали различные типы бактерий, осуществляющих фиксацию углерода — процесс, вынимает двуокиси углерода из атмосферы и превращает его в кислород и молекулы сахара, которые бактерии используют в качестве пищи. Когда эти исследователи соединили участки белков, которые связывают углерод, их очень удивило то, что они увидели. Смесь слиплась воедино, словно вязкая капля — точно так же, как в эксперименте Чилдерза и Шредера несколькими месяцами ранее.

Эти открытия заставили научное сообщество пересмотреть свое отношение к идеям Опарина и предоставить им статус серьезной научной гипотезы о происхождении жизни. Свободноплавающую каплю и в самом деле легче себе представить в роли предка жизни, если современные клетки также используют похожие капли, чтобы организовать важные химические реакции внутри себя.

Нахождение каплевидных структур внутри бактериальных клеток может быть важным указателем к пониманию происхождения жизни. Хотя капли в теле бактерий, обнаруженные в течение прошлого года, не является первым примером нахождения похожих структур — ученый из Принстонского университета Клиффорд Бренгвайн увидел их в теле круглых червей еще несколькими годами ранее, — следует серьезно отнестись к идее, что эти капли могут быть далекими потомками первоначальной капли, по сравнению с похожими структурами в теле более сложных животных и растений.

Но даже сегодняшние бактериальные капли на многие эволюционные шаги опережают свободноплавающие капли Опарина.

Чтобы полностью понять, как могли выглядеть эти первобытные структуры, ученым еще нужно будет изучить большое количество капель у многих видов — и, возможно, им удастся проследить общие структуры, лежащие в основе всех этих капель, и которые могли быть унаследованы от далекого предка, жившего миллиарды лет назад. К счастью, эта задача не является очень большим вызовом: метаболические процессы, которые обусловливают формирование капель, происходящих в теле многих бактерий. Так что материала для исследований ученым, скорее всего, не будет.

Возможно, окажется, что Опарин был прав и каким-то образом предсказал фундаментальный шаг в эволюции жизни еще за столетие до появления экспериментальных данных. Научное сообщество во времена Опарина имела причины поставить под сомнение его идеи, поскольку для них не хватало доказательств.

Однако его имя исчезло из дебатов о происхождении жизни скорее за политические взгляды западных ученых.

Сегодня, когда появились новые улики и стал более толерантным политический климат, Опарин снова занял важное место в дискуссии о происхождении жизни. Но прежде чем как научное сообщество подтвердит его идеи, дискуссии продолжатся.