Ученые из LMU обнаружили, как могла зарождаться жизнь без клеточных мембран — в обычных водяных порах. Сегодня все живые организмы устроены сложно: их метаболизм неотделим от клеточной оболочки. Но как появилась первая клетка, если для мембраны нужен обмен веществ, а для обмена веществ — мембрана? Этот вечный спор «что было раньше» решили исследователи из команды Дитера Брауна.

Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

Оказалось, что тонкие поры, заполненные водой, могут работать как примитивный аналог клетки — если создать в них перепад температур. Тепло заставляет молекулы скапливаться в холодной части поры, создавая концентрированную среду, где возможны химические реакции. Никакой мембраны не нужно — ее роль играет сам тепловой поток.

В эксперименте ученые использовали камеру с тонким слоем воды, куда добавили более 100 компонентов: аминокислоты, нуклеотиды, рибосомы и ферменты. В обычных условиях такая смесь слишком разбавлена, чтобы в ней шли реакции. Но при нагреве молекулы собираются в одном месте, и начинается синтез белка — зеленого флуоресцентного маркера (sfGFP).

Раньше считалось, что без мембраны клетка не может ни питаться, ни делиться, — говорит Браун. — Но на ранней Земле повсюду были поры в камнях, где тепло могло запускать химические процессы.

Это открытие не только объясняет возможный механизм зарождения жизни, но и подсказывает новый подход к созданию искусственных клеток в лаборатории.

Практическое применение:

• Синтетическая биология — можно создавать упрощенные «клетки» без сложных мембран, что ускорит разработку искусственных организмов.
• Биотехнологии — метод позволяет концентрировать редкие молекулы для реакций, экономя ресурсы.
• Медицина — понимание ранних этапов жизни поможет в борьбе с примитивными патогенами, например, вирусами.

Исследование закрывает ключевой пробел в теории abiogenesis (зарождения жизни), показывая, что мембрана — не обязательное условие для первых шагов метаболизма.

Отметим, что эксперимент проводился в идеализированных условиях: камеры с точно заданной толщиной и температурой. В природе же поры в камнях неоднородны, а тепло распределяется хаотично. Неясно, насколько устойчиво такая система работала бы в реальной среде, особенно при колебаниях влажности или давления.

Ранее мы разбирались, что такое синтетическая биология.