Cell Reports Physical Science: принципы дарвиновской эволюции оказались универсальными

Фото: Максим Шеметов / Reuters

Ученые Гарвардского университета раскрыли, что дарвиновские принципы универсальны и действуют даже в отношении неживых синтетических объектов. Таким образом, дарвиновская эволюция могла существовать еще до зарождения первых клеток, когда существовали только полимерные пузырьки. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.

Специалисты разработали небиохимические, но основанные на углеродных молекулах системы, называемые протоклетками. Они состоят из самособирающихся полимерных везикул (пузырьков), которые спонтанно формируются из однородной смеси синтетических молекул, и обладают некоторым сходством с обычными биохимическими клетками. Протоклетки можно легко модифицировать в разные «виды», например, путем добавления в них катализатора, подходящего для усиления их упрощенного «метаболизма».

В ходе исследования были синтезированы два вида протоклеток со средним размером от 1030 до 1640 нанометров. Эти структуры самосинтезировались под воздействием светового излучения от 45 зеленых светодиодов. Сначала в смеси возникали поверхностно-активные молекулы (амфифилы), состоящие из гидрофильной и гидрофобной части, которые затем самоорганизовывались в везикулы. В некоторые везикулы был добавлен фотокатализатор цинк-тетрафенилпорфирин (ZnTPP), который повышал светочувствительность протоклеток.

Материалы по теме:Вздулось и забурлилоДоказано спонтанное возникновение всего живого 7 марта 2017Ватные каплиЗарождение жизни объяснили без участия бога2 мая 2017

Оба вида протоклеток находились в одной и той же среде, где были вынуждены делить между собой «пищу» в виде 2-гидроксипропилметакрилата (HPMA). HPMA — это момомер, простая молекула, являющаяся одним из компонентов изначальной смеси и включаемая в состав амфифилов в качестве агента, способствующего полимеризации и образованию везикул. Везикулы с ZnTPP имели преимущество перед другими протоклетками в потреблении пищи. Они быстро росли изнутри, а затем выбрасывали в смесь часть амфифилов, которые становились «зернами» везикул следующего поколения.

Таким образом, протоклетки демонстрировали принцип конкурентного исключения. Везикулы с ZnTPP быстро увеличивали численность популяции, вытесняя из смеси везикулы без фоторецептора. Модели роста популяции оказались очень похожи с реальными организмами — инфузориями-туфельками Paramecium aurelia и P. caudatum, — когда те конкурируют за один и тот же корм. По словам ученых, такой результат указывает на возможность дарвиновской эволюции еще до появления самой жизни или даже установления биохимических реакций в первичном бульоне.