Заказ OnLine : Ваша корзина
Могла ли жизнь зародиться внутри неорганических оболочек?
Результаты нового исследования позволяют утверждать, что основные компоненты клетки могут функционировать внутри неорганических мембран, изготовленных из наночастиц. Авторы исследования утверждают, что такие мембраны позволяют предложить альтернативную модель объяснения того, как первые клетки смогли эволюционировать из простых неорганических молекул.
Химики получили кремнийсодержащие мембраны, которые, подобно двойному липидному слою клеточной мембраны сочетали в себе гидрофильные и гидрофобные свойства. В масле наночастицы самоорганизовывались, образуя «протоклетки», уже содержащие воду внутри пористых кремниевых оболочек. Один из соавторов исследования, Стефан Манн из Университета Бристоля отмечает, что нанооболочка не только стабилизировала размещенную в ней каплю воды, но ее можно рассматривать, как примитивную полупроницаемую неорганическую мембрану.
Для получения мембраны с оптимальным значением гидрофильно-липофильного баланса исследователи функционализировали поверхность гидрофильных наночастиц из оксида кремния силанольными и диметилсилановыми группами. Перемешивание наночастиц в смеси вода/масло заставляло их паковаться на границе раздела фаз вода/масло. Ман утверждает, что такой подход гораздо проще обычных химических синтезов, с помощью которых получают искусственные фосфолипиды, которые часто применяются в роли искусственных клеточных мембран.
Простая реакция позволяет функционализировать поверхность наночастиц, стабилизирующих капли, и не позволяет захваченным в каплю биологически активным молекулам диффундировать из капли в окружающую воду.
Одно из ключевых требований к свойствам синтетических протоклеток их проницаемость, которую достаточно сложно достичь, используя липидные мембраны. Как отмечает Паскуале Стано, специалист по синтетической биологии из Университета Рома Тре (Рим, Италия), первые неорганические мембраны отличаются рядом преимуществ по сравнению с органическими. Он отмечает, что можно добавить необходимые вещества в липофильный слой масла, и эти вещества медленно просочатся через границу раздела, образованную частицами из оксида кремния. Исследователи продемонстрировали, что в неорганических протоклетках могут разместиться молекулы ДНК, молекулярные заводы по производству белка, ферменты, при этом кинетические характеристики фермент-катализируемых реакций близки к характеристикам этих же реакций, протекающих in vivo.
Пожалуй, наиболее интересным и многообещающим является предположение Манна о том, что в истории химической и биологической эволюции полупроницаемые неорганические капсулы, подобные полученным в его лаборатории, могли оказаться шаблонами для образования самых первых клеток. Манн утверждает, что на ранних стадиях пребиотической организации химических веществ не было накоплено достаточного количества липидов и жирных кислот (это связано со сложностями их синтеза), и в качестве альтернативы липидным мембранам капсулами – местами зарождения первой жизни вполне могли послужить неорганические системы. Он добавляет, что созданные в его лаборатории протоклетки вполне позволяют допустить, что в неорганических капсулах могли протекать реакции, необходимые для первых примитивных воспроизводящихся систем.
Однако Стано считает, что у гипотезы Манна может найтись достаточное количество противников. Аргументы против неорганических мембран, реализованных у примитивных протоклеток, сводятся в первую очередь к тому, что полученные Манном неорганические мембраны «работают» в неполярной среде, а протоклетки должны были развиваться в воде, более убедительным доказательством гипотезы Манна, однако, может быть разработка неорганических капсул, способных самоорганизовываться и функционировать в водной среде.
