Наталья Беспалова
Живая клетка надёжно отгорожена от окружающего мира оболочкой мембраной. Это очень важно, ведь ей необходимо поддерживать внутри себя определённый химический состав, среду, в которой могут происходить реакции, необходимые для развития и деления клетки. Это очень необычная среда. Во внутриклеточной жидкости много калия, которого в морской воде и плазме крови совсем чуть-чуть. Кроме того, в цитоплазме повышена концентрация четырёх тяжёлых металлов: железа, цинка, меди, марганца. Наконец, в клетке полно фосфора. Его там в тысячи раз больше, чем обычно бывает в морской воде. Чтобы поддерживать у себя внутри всю эту экзотику, плавающему в толще морской воды одноклеточному нужна плотная мембрана и сложная система транспортных белков, которые как насосы закачивают внутрь железо, медь, цинк, марганец, калий, фосфор и выводят наружу натрий.
Мембрана – продукт сложной и длительной эволюции. Очевидно, что на ранних этапах формирования жизни этот химический коктейль должен был как-то сложиться без неё. Существует гипотеза, согласно которой колыбелью жизни на Земле стали геотермальные поля.
Горячий вулканический источник - своего рода перегонный куб, где происходит разделение веществ. Хлорид натрия остаётся в воде, а вот соли калия, цинка и марганца и соединения фосфора летят с паром, который затем может где-нибудь конденсироваться. Кроме того, с паром ещё летят силикаты, которые при удачном стечении обстоятельств образуют зернистую высокопористую грязь. Эти поры, насыщенные раствором и могли стать прототипом клеток, где было налажено тесное сотрудничество сложных органических молекул, которые мы наблюдаем в современных клетках.
В Институте молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка провели ряд экспериментальных исследований, которые проливают свет на подробности этого процесса. В 2018 году удалось показать, что микрокапли первичного бульона в водной среде могут поддерживать РНК в активном состоянии. Но деление и развитее в такой капле происходить не может.
Нужный результат удалось получить в насыщенных раствором пористых породах, где в свою очередь образуются газовые пузырьки. Важным условиям является температурный градиент (наличие горячего и холодного полюса). На границе раздела газа и воды образуются «протоклетки», которые не имеют оболочки, но способны к делению и развитию.
См. таже:
Непростые пути эволюции. Кислородная катастрофа и фосфорное голодание
Непростые пути эволюции. Откуда взялись эукариоты?
Путеводитель по каналу «Кот-учёный». 2019-2020
#биология #биофизика #химия #эволюция #возникновение жизни