Что было первым звеном эволюции — клетка или что-то до неё? Слизь на камнях. Она собирала молекулы, пока не стала живой

В обсуждениях происхождения жизни обычно всплывает один и тот же вопрос: где именно на молодой Земле молекулы могли задерживаться достаточно долго, чтобы не растворяться в океане и не расходиться по бесконечному объёму. Авторы новой работы предлагают вариант, в котором роль такой стартовой среды берут на себя гелеобразные структуры на поверхности минералов. В статье предлагается модель prebiotic gel-first, согласно которой химическая эволюция могла начаться внутри прикреплённых к породам гелевых матриц ещё до появления первых клеток.

Логику этого сценария авторы объясняют через химию мягких материалов и через аналогию с тем, что наблюдается сегодня: микробные биоплёнки. Биоплёнка — это сообщество микроорганизмов, которое живёт не в свободной воде, а внутри плотной полимерной среды. Она удерживает клетки вместе и создаёт вокруг них устойчивую микросреду. Исследователи предполагают, что в до-клеточный период на поверхности минералов могли возникать похожие по физико-химическим свойствам гели, но без организмов. Такие гелевые слои давали бы локальные микросреды: молекулы в них концентрируются, реже уходят в окружающую воду и поэтому чаще вступают в реакции.

Дальше авторы перечисляют, какие узкие места пребиотической химии могла закрыть гелевая матрица. Она удерживает молекулы в ограниченном объёме и помогает им накапливаться избирательно, то есть одни соединения задерживаются лучше других. Плотная среда повышает эффективность реакций за счёт простой причины: реагенты оказываются рядом и чаще сталкиваются. Плюс гель способен смягчать влияние внешних колебаний — перепады температуры и изменения химического состава среды не так резко отражаются внутри матрицы. В совокупности такие условия дают сложным системам больше шансов не распасться, а постепенно усложняться и выстраивать устойчивые реакционные сети.

Отдельный раздел посвящён тому, как внутри гелей могла появляться примитивная метаболическая активность. Авторы обсуждают окислительно-восстановительные реакции - процессы, связанные с воздействием света, и хемо-механическое сопряжение, когда химические превращения сопровождаются изменениями структуры самой матрицы. В качестве возможного шага к воспроизведению авторы обсуждают два механизма: автокаталитические сети и синтез по шаблону. В автокаталитических сетях продукты реакции сами ускоряют или поддерживают дальнейшее протекание тех же превращений, поэтому процесс начинает как бы подпитывать себя. При синтезе по шаблону уже имеющаяся молекула служит образцом, по которому собираются новые, похожие структуры.

Работа теоретическая и новых экспериментальных данных не содержит. Смысл статьи в том, чтобы собрать воедино наблюдения из химии мягких материалов и показать, как гелевая структура на поверхности молодой Земли могла бы стать площадкой, где химические процессы получают возможность усложняться шаг за шагом.

Исследователи допускают, что на других планетах и спутниках могут существовать образования, похожие на биоплёнки по своей организации, но построенные из другой химии. Отсюда вытекает их акцент на стратегиях поиска жизни, которые не замыкаются на признаках, привычных для земной биохимии, а учитывают сами среды, способные долго удерживать и концентрировать молекулы.