Ученые из Гарвардского университета создали модель примитивной живой клетки - или протоклетки, которая способна реплицировать свою ДНК. Ученые, чья работа опубликована в журнале Nature, показали, что клеточная мембрана протоклетки, состоящая только из жирных кислот, способна пропускать молекулы, необходимые для метаболизма клеток.

Клетки современных живых организмов снаружи ограничены мембраной, состоящей из различных жирных кислот и белков. Часть белков мембраны - это каналы, которые пропускают определенные вещества и молекулы внутрь клетки. Белки - сложные органические молекулы, которые синтезируются на матрице, состоящей из нуклеиновых кислот - РНК. Считается, что белки возникли в эволюции позже, чем нуклеиновые кислоты, так как они не способны воспроизводить сами себя без помощи других белков или РНК.

С другой стороны, жирные кислоты в водных условиях способны к самоорганизации в пузырьки или мицеллы. Молекула жирной кислоты состоит из заряженной или полярной "головки" и длинного неполярного "хвоста". В водных растворах гидрофобные "хвосты" стремятся максимально отдалиться от ионов раствора, а заряженные "головки", наоборот, "охотно" с ними взаимодействуют. Оптимальной пространственной структурой, которая позволяет "хвостам" минимально, а "головкам" максимально контактировать с раствором, являются пузырьки или мицеллы. В них "головки" жирных кислот обращены наружу, а хвосты - внутрь. В случае, если внутреннее содержание пузырька также богато ионами, жирные кислоты образуют двухслойные пузырьки: "головки" обращены внутрь и наружу пузырька, а "хвосты" взаимодействуют только друг с другом.

Согласно представлениям большинства ученых, протоклетки представляли собой именно такие пузырьки из жирных кислот, внутри которых происходило удвоение нуклеиновых кислот. Этот процесс может проходить и вне пузырьков, однако в этом случае "потомство", полученное при удвоении, теряется и, соответственно, невозможна эволюция - отбор молекул по каким-либо признакам.

До сих пор возможность проникновения требуемых для удвоения нуклеиновых кислот молекул внутрь мембраны оставалась под сомнением. В безбелковом мире реакцию репликации осуществляли сами нуклеиновые кислоты (в современных клетках этим "заняты" белки). Строительными блоками выступают нуклеотиды - заряженные молекулы. Исследователи продемонстрировали, что мембраны, состоящие из определенных жирных кислот, способны пропускать заряженные молекулы внутрь пузырьков.

Когда ученые добавляли к пузырькам с нуклеотидами специально синтезированную молекулу РНК, которая способна катализировать реакцию удвоения рибонуклеиновой кислоты, ее количество внутри пузырьков увеличивалось. То есть, внутри пузырьков проходил синтез нуклеиновых кислот.

Работа исследователей может оказаться полезной для понимания того, как формировались живые системы. В научном мире существует несколько основных теорий, объясняющих это, однако единого мнения пока не сложилось.

Ученые воссоздали образ примитивных клеток