От первобытного пузыря до ДНК: как мембрана сформировала асимметрию жизни на Земле, отсеяв ненужные молекулы

Учёные до сих пор не знают, как именно зародилась жизнь на Земле, и чтобы разобраться в этом, исследуют свойства, которые объединяют все живые организмы. Одна из ключевых особенностей — наличие клеток и, главное, мембраны, которая отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Именно мембрана отличает живое от просто химических реакций.

Чтобы понять, как возникла жизнь и как появились современные организмы, исследователи изучают, какими могли быть самые первые клеточные мембраны. Важно, какие вещества мембрана пропускает, а какие блокирует — это напрямую влияет на то, какие молекулы участвуют в биологических процессах.

В центре внимания учёных оказались молекулы, без которых невозможна жизнь: сахара, из которых строится «скелет» ДНК и РНК, и аминокислоты — строительные блоки белков. Интерес к этим молекулам связан не только с их универсальностью, но и с тем, что они обладают особым свойством — хиральностью.

Хиральность — это способность молекулы «заворачиваться» определённым образом, напоминая левую и правую руку: по строению они похожи, но наложить одну на другую невозможно. В живых организмах это имеет критическое значение: например, чтобы сформировать цепочку ДНК или РНК, все сахара должны быть одного типа — «праворукими». Почему же жизнь выбрала именно этот вариант, до сих пор неясно.

Исследование, опубликованное в PLOS Biology, предлагает одну из возможных разгадок: возможно, выбор определённой хиральности связан с тем, как древнейшие мембраны пропускали или задерживали разные молекулы. Учёные проверили, как через мембраны, похожие на оболочки древних архей (одна из самых старых групп микроорганизмов), проходят различные сахара и аминокислоты. Они также испытали мембрану, сочетающую свойства как архей, так и бактерий. Оказалось, что «праворукие» сахара, нужные для ДНК и РНК, легче проникали сквозь обе мембраны, а их зеркальные — «леворукие» — аналоги задерживались.

С аминокислотами ситуация оказалась сложнее: через смешанную мембрану легче проходили некоторые «леворукие» аминокислоты, например, аланин — одну из самых древних аминокислот, встречавшихся на заре жизни.

Хотя результаты исследования не дают полного ответа, почему современные клетки используют именно такие аминокислоты, учёные показывают: свойства мембраны действительно влияют на то, какие молекулы становятся «основой» жизни.

Авторы отмечают, что изученные ими мембраны — лишь примерные модели древнейших оболочек, и в реальности у первых клеток могли быть ещё неизвестные особенности, которые тоже сыграли свою роль. Тем не менее их вывод ясен: «Вся известная жизнь использует определённую стереохимию — леворукие аминокислоты и праворукую ДНК. Как именно сложился этот выбор, остаётся одной из главных загадок, и наши эксперименты показывают: мембрана клетки может работать как сито, выбирая те самые молекулы, с которых всё и началось».