Жизнь на Земле могла зародиться в прочной скорлупе из глины.
Живые пузырьки: В защитной скорлупе

Одна из главных загадок современной науки — происхождение жизни. А в рамках вопроса о происхождении жизни особую важность имеет проблема происхождения клетки, как компартмента, «отсека», условия в пределах которого замечательно контролируются и поддерживаются оптимальными для работы клеточных ферментов, ДНК и так далее. Первый элемент, необходимый для этого, — мембрана, отделяющая клетку от окружающей среды.

В принципе, клеточная мембрана представляет собой известный всем двойной слой липидов. Подобные молекулы, состоящие из гидрофильной «головки» и гидрофобного «хвоста», оказавшись в водной среде, самопроизвольно формируют коацерваты, весьма напоминающие клеточную мембрану — пузырьки, образованные двойным слоем липидов, развернутых «головками» к воде, а «хвосты» упрятавших внутрь.

Но такая простота механизма образования клеточной мембраны обманчива. На самом деле, в живой природе мы сталкиваемся с классическим парадоксом курицы и яйца: синтез молекул, которые клетка использует для формирования мембраны, да и само их добавление в состав мембраны, определяется белками, информация о которых закодирована в ДНК. С другой стороны, сама ДНК не может функционировать в отсутствие мембраны. ДНК не может работать без мембраны — мембрана не может появиться без ДНК.

Судя по всему, мембраны появились первыми: дело именно в том, как эти простые органические молекулы самоорганизуются в водной среде, образуя пузырьки. Недавняя работа, проведенная Анандой Балой Субраманьяном (Anand Bala Subramaniam) с коллегами, показала, что формирование коацерватных капель особенно легко протекает на поверхности широко распространенного глинистого минерала монтмориллонита, весьма широко распространенного в природе. Если смешать монтмориллонит с водой и липидными молекулами, эта глина, как подошву ботинок, облепляет липидные пузырьки — образуется не просто коацерват, но с дополнительной, и довольно плотной защитой, механически прочной, стабильной в воде и других жидкостях.

Такие «бронированные» липидные образования имеют и ряд других полезных свойств. Во‑первых, они действительно легко образуются в водной смеси простой органики и глины, которая может накапливаться на границе воды и суши, и перемешиваться волнами и приливами. Во‑вторых, глинистая оболочка содержит множество пор, позволяющих молекулам не слишком крупных размеров свободно проникать внутрь и выходить наружу. Все это, по мнению авторов работы, делает их весьма достойными кандидатами на роль «прото-клетки», условия в которой достаточно долго сохранялись вполне тепличными для того, чтобы в ней мог развиться первичный биохимический аппарат. И уж затем ДНК научилась поддерживать и наращивать структуру мембраны — и смогла освободиться из этого удачного плена.

Читайте также об исследовании одного весьма интересного мембранного белка, который позволяет нам чувствовать температуру: «Уже теплее».

По публикации physics arXiv blog