Жизнь на Земле могла начаться с крошечных пузырьков, которые росли, делились и передавали потомкам свой химический состав задолго до появления ДНК и РНК. Сторонники гипотезы липидного мира предполагают, что первые шаги эволюции происходили внутри простейших оболочек из органических молекул. Причём сами пузырьки могли постепенно меняться и конкурировать друг с другом, словно примитивные живые организмы.
Главная трудность при зарождении жизни заключалась в том, что необходимые для химических реакций вещества свободно перемещались в воде и постоянно рассеивались. Чтобы молекулы могли взаимодействовать и образовывать более сложные соединения, требовалось удержать их вместе. Микроскопические пузырьки могли стать естественными ёмкостями, внутри которых накапливались органические вещества и протекали реакции.
Для появления оболочек не обязательно нужны живые клетки. Некоторые органические молекулы устроены так, что один конец притягивает воду, а другой отталкивает. Попадая в водоём, молекулы самостоятельно собираются в упорядоченные структуры: части, избегающие воды, прячутся друг возле друга, а остальные обращаются наружу. При подходящих условиях липиды образуют двойной слой, который замыкается в крошечный пузырёк с водой внутри. По тому же принципу устроены мембраны современных клеток.
Однако сторонники гипотезы пошли дальше и предположили, что пузырьки могли сохранять свои химические особенности при делении. Представим оболочку с двумя разновидностями молекул. Первая ускоряет реакции, в которых образуется вторая, а вторая помогает производить первую. Взаимная поддержка позволяет обеим разновидностям постоянно пополнять запасы, поэтому пузырёк растёт, сохраняя примерно одинаковое соотношение веществ.
Когда оболочка разделяется, каждая дочерняя структура получает часть исходных молекул. Химические реакции продолжаются, и новые пузырьки постепенно воспроизводят состав родительского. Так мог появиться простейший механизм наследования без генов. Современные организмы копируют информацию, записанную в последовательности ДНК, а древнейшим химическим системам, согласно гипотезе, было достаточно сохранять пропорции разных веществ.
Случайные изменения состава могли запустить и естественный отбор. Если в пузырёк попадала новая молекула, способная ускорить производство других веществ, оболочка начинала расти и делиться быстрее соседних. Со временем потомков успешной химической системы становилось больше, а медленно растущие разновидности постепенно уступали им место. Получается, что примитивная эволюция теоретически могла начаться ещё до появления привычного генетического аппарата.
В 2000 году исследователи проверили идею с помощью компьютерной модели. Расчёты показали, что объединения органических молекул при определённых условиях способны расти, разделяться и частично передавать свой состав следующим поколениям. В модели возникали различия, которые позволяли одним химическим системам размножаться успешнее других. Таким образом, учёные продемонстрировали теоретическую возможность естественного отбора без ДНК и РНК.
Впрочем, убедительных экспериментальных доказательств пока нет. Учёным ещё не удалось создать полностью липидную систему, которая самостоятельно эволюционировала бы в лаборатории. Более того, опубликованные в 2010 году расчёты поставили под сомнение способность пузырьков достаточно точно передавать химический состав потомкам. Если при каждом делении пропорции веществ сильно меняются, полезные особенности быстро теряются, а естественный отбор перестаёт работать. Открытым остаётся и вопрос, откуда на молодой Земле могли взяться необходимые липиды в достаточном количестве.
Исследователи рассматривают и другие возможные оболочки первых химических систем. Стенками естественных ёмкостей могли служить минеральные образования, в том числе соединения железа и серы. Ещё один вариант предполагает жидкие капли, в которых органические вещества собираются вместе без мембраны. Учёные уже изучают капли РНК, способные концентрировать молекулы в небольшом объёме и создавать условия для их взаимодействия.
Отдельное внимание привлекают горячие источники. В небольших водоёмах вода могла многократно испаряться и возвращаться после дождей. При высыхании органические вещества концентрировались между слоями липидов, а после повторного заполнения водоёма получали возможность участвовать в новых реакциях. Исследователи проверяют, могли ли подобные циклы постепенно приводить к образованию более сложных химических систем.
У гипотезы липидного мира есть серьёзный конкурент. Согласно гипотезе РНК-мира, первые механизмы наследования появились благодаря молекулам РНК, способным хранить информацию и ускорять химические реакции. Однако даже сторонники такого сценария признают, что ранним химическим системам требовались физические границы, иначе необходимые вещества слишком быстро рассеивались бы в окружающей среде.
Пока учёные не знают, что появилось раньше: оболочки, первые молекулы с наследственной информацией или химические реакции, способные поддерживать сами себя. Возможно, несколько процессов развивались одновременно и постепенно объединились в первых клетках. Гипотеза липидного мира предлагает любопытный вариант начала жизни: прежде чем научиться копировать генетический код, древнейшие химические системы могли научиться сохранять собственный состав и передавать его следующим поколениям.
