Могут ли пептидные капли объяснить появление первых живых организмов на Земле?

«Химическая эволюция была впервые предложена в 1920-х годах как идея о том, что жизнь впервые возникла в результате образования макромолекул из простых небольших молекул, и эти макромолекулы образовали молекулярные сборки, которые могли размножаться», — сказал первый автор Мунеюки Мацуо, доцент кафедры химии. Высшая школа интегрированных наук для жизни при Хиросимском университете.

«С тех пор было проведено множество исследований для экспериментальной проверки гипотезы мира РНК — где до эволюции ДНК и белков существовал только самовоспроизводящийся генетический материал. Однако происхождение молекулярных ансамблей, которые разрастаются из малых молекул, было оставался загадкой около ста лет с момента появления сценария химической эволюции. Это было недостающее звено между химией и биологией в происхождении жизни ».

Мацуо сотрудничал с Кенсуке Курихара, исследователем из KYOCERA Corporation, чтобы ответить на вопрос вековой давности: как химические вещества в свободной форме ранней Земли стали жизнью? Как и многие исследователи, они изначально думали, что все сводится к окружающей среде: ингредиенты образуются под высоким давлением и температурой, а затем охлаждаются до более благоприятных для жизни условий. Проблема заключалась в распространении.

«Распространение требует спонтанного производства полимера и самосборки в одних и тех же условиях», — сказал Мацуо.

Они разработали и синтезировали новый пребиотический мономер из производных аминокислот в качестве предшественника самосборки примитивных клеток. При добавлении к воде комнатной температуры при атмосферном давлении производные аминокислот конденсировались, превращаясь в пептиды, которые затем спонтанно образовывали капли. Капли увеличивались в размере и количестве, когда им давали больше аминокислот. Исследователи также обнаружили, что капли могут концентрировать нуклеиновые кислоты — генетический материал — и у них будет больше шансов выжить против внешних раздражителей, если они проявляют эту функцию.

Недавно построенная капля пролиферирующего пептида. 

«Протоклетка на основе капель могла служить связующим звеном между« химией »и« биологией »при возникновении жизни», — сказал Мацуо. «Это исследование может служить объяснением появления первых живых организмов на исконной Земле».

Исследователи планируют продолжить изучение процесса эволюции от производных аминокислот до примитивных живых клеток, а также улучшить свою платформу для проверки и изучения происхождения жизни и продолжения эволюции.

«Создавая капельки пептидов, которые размножаются, питаясь новыми производными аминокислот, мы экспериментально выяснили давнюю тайну того, как предки пребиотиков могли размножаться и выжить, избирательно концентрируя пребиотические химические вещества», — сказал Мацуо. «Вместо мира РНК мы обнаружили, что« мир капель »может быть более точным описанием, поскольку наши результаты показывают, что капли стали эволюционируемыми молекулярными агрегатами, один из которых стал нашим общим предком».