Создав протоклетки в горячей щелочной морской воде, исследовательская группа под руководством UCL подтвердила, что зарождение жизни могло происходить в глубоководных гидротермальных жерлах, а не в мелких бассейнах.
Предыдущие эксперименты не способствовали формированию протоклеток - рассматриваемых как ключевой шаг к развитию клеточной жизни - в такой среде, но новое исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, обнаруживает, что тепло а щелочность может быть не только приемлемой, но и необходимой для начала жизни.
"Существует множество конкурирующих теорий относительно того, где и как зародилась жизнь. Подводные гидротермальные жерла являются одними из самых многообещающих мест для зарождения жизни - наши результаты теперь подтверждают эту теорию убедительными экспериментальными данными», - сказал ведущий автор исследования, профессор Ник Лейн (UCL Genetics, Evolution & Environment).
Глубоко под земными морями есть жерла, где морская вода вступает в контакт с минералами из коры планеты, вступая в реакцию, создавая теплую, щелочную (с высоким уровнем pH) среду, содержащую водород. Этот процесс создает богатые минералами дымоходы с щелочными и кислотными жидкостями, обеспечивая источник энергии, который облегчает химические реакции между водородом и углекислым газом с образованием все более сложных органических соединений.
Некоторые из древнейших окаменелостей в мире, обнаруженные группой под руководством UCL, возникли в таких подводных жерлах.
Ученые, изучающие происхождение жизни, добились больших успехов в экспериментах по воссозданию ранних химических процессов, в ходе которых развились базовые клеточные образования. Создание протоклеток было важным шагом, поскольку их можно рассматривать как самую основную форму клетки, состоящую только из двухслойной мембраны вокруг водного раствора - клетки с определенной границей и внутренним отсеком.
Предыдущие эксперименты по созданию протоклеток из встречающихся в природе простых молекул, в частности жирных кислот, увенчались успехом в прохладной пресной воде, но только в очень строго контролируемых условиях, тогда как протоклетки развалились в экспериментах в среде гидротермальных жерл..
Первый автор исследования, доктор Шон Джордан (UCL Genetics, Evolution & Environment), сказал, что он и его коллеги обнаружили недостаток в предыдущей работе: «Во всех других экспериментах использовалось небольшое количество типов молекул, в основном с жирные кислоты того же размера, тогда как в естественной среде вы ожидаете увидеть более широкий набор молекул».
Для текущего исследования исследовательская группа попыталась создать протоклетки со смесью различных жирных кислот и жирных спиртов, которые ранее не использовались.
Исследователи обнаружили, что молекулам с более длинными углеродными цепями необходимо тепло, чтобы сформироваться в везикулу (протоклетку). Щелочной раствор помог молодым пузырькам сохранить свой электрический заряд. Морская среда также оказалась полезной, так как молекулы жира более плотно связывались вместе в соленой жидкости, образуя более устойчивые пузырьки.
Впервые исследователям удалось создать самособирающиеся протоклетки в среде, похожей на гидротермальные источники. Они обнаружили, что тепло, щелочность и соль не препятствуют образованию протоклеток, а активно способствуют этому.
"В наших экспериментах мы создали один из основных компонентов жизни в условиях, которые больше отражают древнюю среду, чем многие другие лабораторные исследования", - сказал доктор Джордан.
"Мы до сих пор не знаем, где впервые зародилась жизнь, но наше исследование показывает, что нельзя исключать возможность существования глубоководных гидротермальных источников."
Исследователи также отмечают, что глубоководные гидротермальные жерла не уникальны для Земли.
Профессор Лейн сказал: «Космические миссии нашли доказательства того, что ледяные спутники Юпитера и Сатурна также могут иметь такие же щелочные гидротермальные жерла в своих морях. Хотя мы никогда не видели никаких свидетельств жизни на этих спутниках, если мы хотим найти жизнь на других планетах или спутниках, исследования, подобные нашему, могут помочь нам решить, где искать."
В исследовании приняли участие исследователи из UCL и Birkbeck, Лондонского университета, и оно финансировалось BBSRC и bgC3.