Дождь как ключ к жизни: как пресная вода создала первые клетки

Статья в Science Advances — это не просто сухой отчёт. Это рассказ о том, как дождь мог стать творцом. Учёные полагают, что пресная вода, падающая с неба, создала критическое условие для формирования клеточных мембран. Без этого жизнь, какой мы её знаем, просто не смогла бы начать свою эволюционную гонку.

Всё начиналось с «РНК-мира» — этапа, когда главную скрипку играли молекулы рибонуклеиновой кислоты. А коацерватные капли, эти маслянистые сгустки в первичном бульоне, давно считались идеальными кандидатами в прародители клеток. Но был нюанс, который всех смущал. Представьте себе: капли плавают и беззаботно обмениваются своими РНК, как соседи рецептами. Через считанные минуты всё «население» становится одинаковым. А где же разнообразие? Где почва для естественного отбора? Эволюция требует, чтобы протоклетки сохраняли свою индивидуальность хотя бы какое-то время.

Если бы полезная мутация, возникшая в одной капле, моментально расползалась по всем остальным, то и конкурировать было бы некому. Не было бы «лучших» и «худших», не было бы двигателя прогресса. Получился бы эволюционный тупик. И, как следствие, жизнь бы не стартовала.

«Это как если бы все клетки в вашем теле стали идентичными клонами за пару часов», — поясняет соавтор работы Аман Агравал. — «Никакого развития, никакой сложности. Просто однородная масса».

РНК-мир: Кто был первым?

«Вечный вопрос, вроде спора о курице и яйце», — размышляет Агравал. — «ДНК хранит информацию, но сама по себе бездействует. Белки трудятся не покладая «рук», но не помнят инструкций. Кто же начал?».

Многие, включая нобелевского лауреата Джека Шостака, склоняются к тому, что первой была РНК. Универсальный солдат молекулярного мира: она и информацию запомнит, и как катализатор поработает. Именно она, по мнению учёных, и стала праматерью всего живого.

Так что гипотеза казалась стройной: РНК плюс коацерватные капли — вот и готовая протоклетка. Пока в 2014 году Шостак не обнародовал неприятную правду: РНК в этих каплях мигрирует с вопиющей скоростью. Слишком быстро для начала эволюции.

«Можно создать сколь угодно разнообразные капли, но они мгновенно теряют свою уникальность, — говорит Шостак. — И вот в новой работе мы нашли способ эту проблему обойти. Нужно лишь поместить эти капли в дистиллированную, то есть пресную, воду. Дождевую, например. И тогда вокруг них образуется жёсткая оболочка, которая резко замедляет обмен „ноу-хау“».

Творящая сила дождя

Эксперименты Агравала показали удивительное: в пресной воде обмен РНК между каплями растягивается с минут на целые дни. Неужели всё так просто? Несколько дней — это уже вполне приличный срок для того, чтобы в изоляции накопились мутации и началась настоящая конкуренция.

«Без стабильности нет эволюции. Если протоклетки постоянно делятся своим генетическим материалом, они превращаются в толпу клонов, — объясняет учёный. — Но дайте им несколько дней самостоятельной жизни, позвольте их РНК меняться независимо — и вот уже работает дарвиновский механизм».

Чтобы проверить теорию в условиях, близких к реальным, исследователи собрали дождевую воду в Хьюстоне. И знаете что? Она сработала! Как и лабораторная вода с похожей кислотностью. В обеих средах у капель формировалась та самая сетчатая стенка, создавая те самые условия, где химия могла перейти в биологию.

Новая работа — это не ответ на все вопросы, но важный пазл в общей картине. Она показывает, как простейшие процессы могли привести к обособлению первых «кирпичиков» жизни. Мы постепенно подбираемся к тому самому рецепту — комбинации химии и среды, которая позволила протоклеткам начать свой долгий путь.

«Молекулы в наших опытах — всего лишь модели тех, что плавали в древнем океане, — оговаривается Агравал. — Химический состав, конечно, отличался. Но физические принципы, уверен, оставались теми же». И это даёт надежду, что мы на верном пути к пониманию нашего собственного появления на свет.