В 1924 году русский биохимик Александр Опарин заявил, что жизнь на Земле развивалась путем постепенных химических изменений органических молекул в «первичном бульоне», который, вероятно, существовал на Земле четыре миллиарда лет назад. По его мнению, сложное сочетание безжизненных молекул, объединившихся внутри маленьких маслянистых капелек, могло обрести жизненные способности - самовоспроизведение, отбор и эволюцию. Эти идеи были восприняты с большим сомнением, сохраняющимся до сих пор.
30 лет спустя, когда была расшифрована структура ДНК, выяснилось, что эта молекула способна к самовоспроизведению, казалось бы, разгадывая загадку происхождения жизни, не прибегая к каплям Опарина. Но критики утверждали, что жизни нужны не только репликаторы, но и ферментные катализаторы для управления метаболизмом. Прошло еще 30 лет, прежде чем было обнаружено, что РНК, ключевой компонент передачи информации от ДНК к белкам, также может быть ферментом. Так родилась концепция «Мира РНК», согласно которой жизнь началась, когда первичный бульон породил рибозим, который может как воспроизводить, так и контролировать метаболизм.
Несмотря на это сомнения остались, ведь реплицирующаяся рибосома представляет собой очень сложную молекулу, с ничтожно малой вероятностью спонтанного появления в бульоне. Это привело к альтернативной концепции - взаимно каталитическим сетям, позволяющим копировать целые молекулярные ансамбли. Эта идея перекликается с развивающейся сложной комбинацией простых молекул Опарина, каждая из которых с высокой вероятностью может появиться в супе. Оставалось создать подробную химическую модель, которая поможет поддержать такое повествование.
проф. Дорон Ланцет и его коллеги из Научного института Вейцмана, отд.из молекулярной генетики придумали такую модель. Во-первых, необходимо было определить соответствующий тип молекул, которые могут срастаться вместе и эффективно формировать сети взаимных взаимодействий, подобно каплям Опарина. Ланцет предложил липиды, маслянистые соединения, которые спонтанно образуют агрегированные мембраны, окружающие все живые клетки. Липидные пузырьки (везикулы) могут расти и делиться подобно живым клеткам. Так два десятилетия назад журнал Lancet сформулировал концепцию «Липидного мира».
Для анализа вызванных молекулярных сетей они использовали инструменты системной биологии и вычислительной химии, которые позволяют придать строгость несколько эфемерной концепции взаимокаталитических сетей.
Сначала они подробно рассматривают мучительный вопрос о том, как липидные сборки могут хранить и передавать информацию от одного поколения с разделением роста к другому. Они выдвинули редко изучавшееся до сих пор представление о том, что распространяется композиционная информация, и показали с помощью подробных компьютерных симуляций, как это происходит. Кроме того, они указывают на глубокое сходство такого копирования композиции с тем, как растущие и размножающиеся живые клетки сохраняют свою эпигенетическую информацию, независимую от репликации ДНК..
В статье, только что опубликованной в Журнале Королевского общества, Lancet и его коллеги сообщают об обширном литературном обзоре, показывающем, что липиды могут осуществлять ферментоподобный катализ, подобно рибозимам. Это свойство имеет решающее значение для формирования сетей взаимодействия. Впоследствии авторы показывают, используя инструменты системной биологии и вычислительной химии, что маслянистые капли могут накапливать и хранить информацию о составе, а при делении передавать информацию потомству.
На основе разработанной ими компьютерной модели ученые продемонстрировали, что определенные липидные композиции, называемые «компосомами», могут подвергаться композиционным мутациям, подвергаться естественному отбору в ответ на изменения окружающей среды и даже дарвиновскому отбору. Профессор Ланцет отмечает, что такая информационная система, основанная на композициях, а не на последовательности химических «букв», как в ДНК, напоминает область эпигенетики, где признаки наследуются независимо от последовательности ДНК. Это подтверждает предположение ученых о том, что жизнь могла возникнуть до появления ДНК и РНК. В своей статье они фактически очерчивают химический путь, который приводит к появлению генетического материала в рамках маслянистых капель.
Концепция «Липидного мира» Ланцета зависит от вопроса о том, было ли достаточно маслоподобных «ненавидящих воду» молекул в первичном бульоне. Здесь же ученые описывают всесторонний литературный поиск, согласно которому существует высокая вероятность присутствия таких молекул на ранней Земле. Этот вывод был подкреплен совсем недавним исследованием, показывающим, что у Энцелада, одного из спутников Сатурна, есть подледниковый океан (первичный океан), изобилующий «ненавидящими воду» соединениями, некоторые из которых могут образовывать капли типа Липидного Мира. Профессор Ланцет утверждает, что эти результаты, наряду с инновационными расчетами на основе моделей, показывают, что вероятность возникновения жизни относительно высока, включая захватывающую возможность того, что Энцелад в настоящее время является пристанищем для некоторых ранних форм жизни на основе липидов.