Вопрос о происхождении жизни остается одним из старейших научных вопросов без ответа. Команда из Технического университета Мюнхена (TUM) впервые продемонстрировала, что разделение фаз является чрезвычайно эффективным способом контроля выбора химических строительных блоков и предоставления преимуществ определенным молекулам.
Жизни нужна энергия. Без энергии клетки не могут двигаться или делиться, даже основные функции, такие как производство простых белков, не могут поддерживаться. Если энергии не хватает, более сложные связи быстро распадаются, ранняя жизнь сразу же умирает.
Химик Джоб Бёкховен и его команда из ТУМ успешно использовали фазовое разделение, чтобы найти механизм в простых молекулах, который позволяет чрезвычайно нестабильным молекулам, таким как обнаруженные в первозданном бульоне, иметь более высокую степень стабильности. Они могли бы прожить дольше, даже если бы им пришлось пережить период без внешнего источника энергии.
Принцип простоты
Джоб Боеховен и его команда искали простой механизм с примитивными молекулами, который мог бы создавать свойства жизни. «Скорее всего, в первичном бульоне молекулы были простыми», - говорит Боеховен. Исследователи исследовали, что происходит, когда они «накормили» различные молекулы карбоновых кислот высокоэнергетическими карбодиимидными конденсирующими агентами, тем самым выведя их из равновесия.
В результате реакции образуются нестабильные ангидриды. В принципе, эти неравновесные продукты быстро снова распадаются на карбоновые кислоты. Ученые показали, что дольше всего выживали те ангидриды, которые могли образовывать своего рода масляные капли в водной среде.
Молекулы в гараже
Эффект проявляется и внешне: изначально прозрачный раствор становится молочным. Отсутствие воды в масляных каплях похоже на защиту, потому что ангидридам нужна вода для распада обратно на карбоновые кислоты.
Беховен объясняет принцип разделения фаз аналогией: «Представьте себе старую и ржавую машину: Оставьте ее на улице под дождем, и она продолжит ржаветь и разлагаться, потому что ржавление ускоряется водой. Поставьте ее в гараж., и он перестает ржаветь, потому что вы отделяете его от дождя."
В каком-то смысле аналогичный процесс происходит в эксперименте с первичным супом: внутри масляной капли (гаража) с длинноцепочечными молекулами ангидрида нет воды, поэтому ее молекулы живут дольше. Если молекулы конкурируют друг с другом за энергию, опять же те, которые могут защитить себя, образуя капли масла, с большей вероятностью выживут, в то время как их конкуренты гидролизуются.
Следующая цель: жизнеспособные носители информации
Поскольку механизм фазового разделения настолько прост, его, возможно, можно распространить на другие типы молекулярных скоплений с жизнеподобными свойствами, такие как ДНК, РНК или самоделящиеся везикулы. Исследования показали, что эти пузыри могут самопроизвольно делиться. «Вскоре мы надеемся превратить примитивную химию в самовоспроизводящийся носитель информации, в определенной степени защищенный от распада», - говорит Боеховен.