Химия

«Всё происходит без нашего участия»: российские учёные приблизились к разгадке процессов зарождения жизни на Земле

Российские учёные совместно с иностранными коллегами смоделировали механизм синтеза особых молекул-коацерватов. Согласно популярной научной теории, именно такие молекулы были предшественниками первых одноклеточных организмов и положили начало жизни на нашей планете. Авторы работы с помощью математических методов воспроизвели целый каскад химических реакций, который привёл к формированию коацерватов. Исследование не только способно приблизить науку к пониманию того, как возникли первые земные организмы, но также может найти применение в работах по созданию искусственных клеток и разработке технологий адресной доставки лекарств.

«Всё происходит без нашего участия»: российские учёные приблизились к разгадке процессов зарождения жизни на Земле

  • Gettyimages.ru
  • © STEVE GSCHMEISSNER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Российские учёные из научно-образовательного центра инфохимии Национального исследовательского университета ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов, которые частично объясняют появление первых одноклеточных организмов на планете. Работа поможет приблизиться к разгадке того, как именно зарождалась жизнь на Земле, а также ускорить исследования в области создания искусственных клеток. Об этом RT сообщили в пресс-службе университета. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда и программы «Приоритет 2030». Результаты опубликованы в журнале Chem.

Согласно одной из основных научных теорий, первые примитивные организмы могли возникнуть на планете в результате изначально абиогенного синтеза сложных химических молекул в так называемом «первичном бульоне» — растворе аммиака, метана и других соединений, присутствовавших в атмосфере и океане. Реакции синтеза шли под воздействием разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов. Возникшие молекулы представляли собой сложные органические соединения и биополимеры, которые затем объединились в белки. Из них, в свою очередь, возникли первые примитивные организмы. Теория была выдвинута советским учёным Александром Опариным в начале прошлого века.

  • Советский биолог и биохимик Александр Иванович Опарин
  • РИА Новости

Сложнее всего науке оказалось разрешить вопрос, как именно белковые молекулы «собрались» в первые организмы. Как предполагал Опарин, белки образовывали комплексы, на границе которых выстраивались липидные молекулы — прообраз клеточной мембраны. Такие комплексы получили название коацерваты, от латинского слова coacervus — сгусток.

Авторы работы частично подтвердили эту теорию. Исследователи разработали и описали с помощью вычислительных методов химическую систему, которая приводит к «самосборке» коацерватов. Процесс образования этих структур схож с поведением живого организма, отмечают учёные.

Как пояснили исследователи, система включает целый каскад биохимических реакций: автокатализа (воспроизводство молекулой самой себя), фазового разделения (образования нескольких фаз в водном растворе), образования капель масла в воде и коацервация («кучкование» образованных заряженных макромолекул).

«Представьте некий химический «суп»: в бульон помещаются молекулы разных веществ, они взаимодействуют, в результате чего образуется новая молекула. Она начинает «размножаться», контактировать с другими частицами, а также инициировать создание коацерватов. Причём, когда создаются комплексы, реакция продолжается уже внутри, а не в бульоне, что влияет на скорость получения итоговых структур. Все происходит без нашего участия, мы просто наблюдаем», — объяснила RT директор НОЦ инфохимии ИТМО Екатерина Скорб.

  • Процессы самоорганизации полученных структур в чашках Петри
  • © Пресс-служба ИТМО

Для описания всех реакций, учёные применили метод компьютерного моделирования, который позволяет отследить, что происходит с молекулами на каждом этапе. По словам исследователей, им удалось воспроизвести механизм формирования и «поведения» коацерватов. Это поможет лучше понять, как именно протекал процесс появления первых живых организмов на Земле, а также поможет в работах по созданию искусственных клеток. Кроме того, полученные данные могут найти применение при разработке технологий адресной доставки лекарств.

Источник

Статьи по теме

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2 + 13 =

Кнопка «Наверх»