Одна из величайших загадок человечества — как именно на Земле произошел переход от неживой материи к живой, от простых молекул к первым организмам. Ученые со всего мира пытаются разгадать эту тайну, создавая в лабораториях искусственные клетки. Их цель — понять, с чего началась жизнь на нашей планете.

У живого нет единого определения, но биологи обычно выделяют три ключевых элемента:

• Граница: оболочка, которая отделяет внутреннее содержимое клетки от внешнего мира.
• Обмен веществ: целый цикл химических реакций, чтобы строить новые молекулы и разрушать старые, получая энергию.
• Отбор: процесс, в котором одни соединения оказываются «успешнее» и стабильнее других.

Долгое время ученые концентрировались в основном на создании оболочки, упуская из виду метаболизм. А ведь именно обмен веществ позволяет клеткам реагировать на среду, расти и эволюционировать.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего представили систему, которая не только самостоятельно собирает клеточные мембраны, но и запускает в них метаболические процессы. Их работа опубликована в авторитетном журнале Nature Chemistry и украсила собой обложку июньского номера за 2025 год.

Клетка без метаболизма — это тупик. Она не может перестраиваться, расти или делиться, — объясняет Нил Деварадж, руководитель исследования и профессор кафедры химии и биохимии. — Современная жизнь невероятно сложна, но нам интересно, мог ли метаболизм возникнуть в простейших химических системах до появления полноценной биологии.

Основа клеточных мембран — липиды, жироподобные соединения. В живых клетках эти мембраны не статичны; они постоянно меняются, подстраиваясь под нужды организма.

Лаборатория Девараджа создала систему, в которой липиды не только формируют оболочку, но и могут ее разрушать благодаря метаболическим процессам. Важнейший нюанс: весь процесс был абиогенным, то есть в нем участвовали только неживые вещества. Это помогает смоделировать условия древней Земли, где еще не существовало жизни.

Мы пытаемся ответить на фундаментальный вопрос: какая минимальная система может обладать свойствами живого? — говорит Алессандро Фракасси, постдокторант в лаборатории Девараджа и ведущий автор статьи.

Созданный ими химический цикл работает на особом «топливе». Оно активирует жирные кислоты, которые затем соединяются с другими молекулами (лизофосфолипидами), чтобы создать фосфолипиды. Из них и собирается мембрана. А когда „топливо“ заканчивается, мембрана распадается на исходные компоненты, и цикл может начинаться заново.

Теперь, доказав работоспособность концепции, ученые планируют постепенно усложнять систему, добавляя новые функции, пока она не приобретет больше свойств, которые мы привыкли ассоциировать с жизнью.

Мы прекрасно знаем, из чего состоят живые клетки, — отмечает Фракасси. — Но если просто разложить все компоненты на столе, мы не поймем, как заставить их работать вместе как единое целое. Мы как бы заново собираем примитивную, но функциональную клетку, слой за слоем.

Помимо разгадки тайн прошлого, у искусственных клеток есть и сугубо практическое будущее. В перспективе десятилетий они могут совершить прорыв в самых разных областях.

Прорывных применений, возможно, придется ждать лет десять-двадцать, — признает Деварадж. — Но начинать работу нужно уже сегодня, потому что нам еще так много предстоит узнать.

Реальная польза этого исследования лежит в двух плоскостях: фундаментальной и прикладной. В фундаментальной — это беспрецедентно наглядная модель для проверки гипотез о возникновении жизни. Она позволяет буквально «в реальном времени» наблюдать, как неживая химия могла сделать первые шаги к биологии, проверяя различные условия и „рецепты“ первичного бульона. В прикладной — это прямой путь к созданию принципиально новых биотехнологий. Представьте себе микроскопические фабрики, собранные из неживых компонентов, которые можно запрограммировать на производство конкретного лекарства прямо в очаге болезни, или на поглощение и переработку нефтяного пятна в океане. Такие системы будут более надежными и управляемыми, чем живые клетки, так как их метаболизм будет делать только то, на что его изначально „запустили“, без непредсказуемых мутаций.

Основное замечание заключается в том, что созданная система, безусловно, элегантна, но все еще слишком далека от автономности. Ключевой элемент — химическое «топливо» — является внешним реагентом, который ученые добавляют в систему, а затем наблюдают за его истощением. В настоящем живом организме метаболизм сам генерирует энергию из окружающей среды (например, за счет фотосинтеза или хемосинтеза). Без решения этой проблемы — создания самоподдерживающейся и самовоспроизводящейся энергетической петли — говорить о полноценной симуляции возникновения жизни преждевременно. Исследование — блестящая первая глава, но в книге предстоит написать еще много страниц.

Ранее ученые открыли способ репликации РНК без ферментов.