Капли нефти имитируют раннюю жизнь (видео)

Создано 05.03.2011 09:01

Автор: Евгений

Недостаток генетического материала не является препятствием для поведения, похожего на реальную жизнь.

Капли нефти, целенаправленно ползущие через водную среду, метаболизируют топливо, ощущают окружающее и, возможно, даже самовоспроизводятся, – могут ли они быть предшественниками жизни? Этот вопрос является целью исследований химиков, поддерживающих спорный подход к появлению первых земных организмов.

Теории о том, как появилась жизнь, варьируются от случайных химических образований вокруг гидротермальных источников на морском дне до молекул-предшественников из космоса. При этом надежды найти геологические доказательства этого знакового события практически равняются нулю: земная кора постоянно изменяется, и самые старые камни датируются лишь 3,8 миллиардами лет. В то время жизнь на Земле уже бурно развивалась, а организмы были относительно сложными.

Потому другой способ выяснить, что же случилось - попытаться воспроизвести этот процесс, создать основные формы жизни под названием пробионты в лаборатории. Попытки реализовать этот способ, как правило, подразумевали использование уменьшенной версии биологических клеток при условии, что уже присутствуют определенные составляющие, такие как РНК. Но Мартин Ханжич из Университета Южной Дании в Оденсе гораздо проще подходит к поиску форм поведения, похожих на реальную жизнь, сообщает Nature..

В первой группе экспериментов Ханжич использовал нитробензол или, как его еще называют, мирбановое масло. Чтобы наделить капли «метаболизмом», он клал их в сильнощелочной раствор (рН 12) и в качестве топлива добавлял химический элемент под названием олеиновый ангидрид, который при контакте с водой превращается в олеиновую кислоту. Реакция понижала рН на границе капель, создавая неравномерное напряжение на поверхности, что заставляло капли самостоятельно передвигаться в жидкости (см. видео ниже). В то же время в результате конвекции внутри капель все новые добавки олеинового ангидрида попадали на поверхность.

Капли могли «ощущать» окружающее, двигаясь через градиент рН в поисках самого высокого возможного уровня рН (см. видео ниже, синяя окраска указывает на более высокий рН). И после добавления топлива в воду с химическим катализатором в нефти, капли могут абсорбировать топливо из окружающих веществ. «Мы получаем бессмертные капли, - заявляет Ханжич. – Пока мы их кормим, они продолжают двигаться».

Ханжич подчеркивает, что с автономным телом, внедренным метаболизмом и способностью изменять центр тяжести система потенциально обладает широкими возможностями. По его мнению, если изменение центра тяжести структурой является основным предварительным требованием к форме жизни, тогда эта модель может считаться типом примитивной жизни, возможной на ранних стадиях существования Земли.

Возможны также и другие типы поведения. Капли имеют тенденцию кружить друг вокруг друга, не соприкасаясь, что Ханжич называет рудиментарным химическим общением. В своей работе Ханжич и коллеги также продемонстрировали, что действия капель в прошлом могут влиять на будущее поведение, что можно воспринимать как примитивную форму памяти.

Создавая водяные камеры внутри капли нефти, можно создать более сложные структуры. Группа исследователей сейчас работает над созданием нестабильности внутри капель, которые приведут к их самостоятельному делению при достаточном питании или добавлении материала, что станет примитивным репликативным циклом.

Чтобы показать, как это все могло происходить на молодой Земле, Ханжич создает свою систему, используя элементы, которые могли быть рядом во время зарождения жизни. Среди них сырая нефть – смесь простых углеводородов под названием алканы – и простое углеродное соединение циановодород, которое вступает в реакцию с водой для формирования биологических предшественников, таких как аминокислоты и нуклеотиды. По его словам, эти капли в большей мере демонстрируют схожие схемы поведения.

Мнения ученых относительно этого исследования расходятся. Геологи заявляют, что никогда не замечали формирование таких автономных структур в геологических системах. Но это не значит, что необходимые органические молекулы не могут находиться глубоко под поверхностью Земли или на морском дне.

Но биохимики объясняют, что недостаток генетического материала в каплях означает, что они никогда не смогли бы сформироваться во что-либо более сложное. Ханжич с этой позицией не согласен. Он уверен, что можно получить достаточно сложные структуры. Ведь, по его мнению, даже при отсутствии ДНК или РНК вся необходимая информация уже заложена в химию системы. Характеристики передавались бы дочерним каплям при делении, хотя он допускает, что, не будучи зашифрованными, их передача зависела бы от окружающей среды и могла бы быть легко утеряна.

Джек Шостак, биолог Гарвардской медицинской школы в Бостоне, Массачусетс, считается ученым, который ближе всех подошел к созданию искусственной жизни в лаборатории. Он с коллегами работал с молекулами жирной кислоты, которые в водной среде спонтанно образуют везикулы с мембранами, схожие с теми, что есть у биологических молекул, и поддерживают ауторепродукцию ДНК. Шостак заявил, что его пробионты могут расти и делиться и даже соревноваться друг с другом. Например, везикулы с фосфолипидами в мембранах - ключевым компонентом клеточной мембраны - растут быстрее, чем те, что их не имеют.

Казалось, его позабавил основанный на нефти подход Ханжича. По его словам, система проста и интересна, но не имеет отношения к происхождению жизни.

Однако Ханжич полемизирует, что о жизни на основе нефти вполне можно говорить серьезно, особенно с учетом фантастического разнообразия форм жизни. Даже если не говорить об истории человечества, нефтяные организмы могли развиваться параллельно с нами, либо погруженные глубоко в Землю, либо где-то в другом месте Солнечной системы, например, на Титане, самых больших спутниках Сатурна, изобилующих циановодородами и другими углеводородами. По его мнению, не следует считать нас – организмы на водной основе – единственным возможным проявлением жизни.