Новое исследование Университета Осло свидетельствует о том, что «протоклетки», которые сформировались около 3,8 миллиарда лет назад, до появления бактерий и одноклеточных организмов, могли иметь специализированные пузырьковые отсеки, которые формировались спонтанно, инкапсулировали небольшие молекулы и образовывали «дочерние» «протоклетки».

Ученые давно размышляли об особенностях, которые могли быть у наших давних одноклеточных предков, и о порядке появления этих признаков. Пузырьковые отсеки — отличительный признак царств, к которому мы и многие другие виды, включая дрожжи, принадлежим. Но клетки сегодня имеют множество специализированных молекул, которые помогают создавать и формировать эти пузыри внутри наших клеток. Ученые задавались вопросом, что появилось раньше: пузыри или формирующиеся молекулы? Новое исследование, проведенное аспирантом Каролиной Спустовой и коллегами из лаборатории Ирепа Гезена в Университете Осло, показывает, что всего с несколькими ключевыми частями эти маленькие пузыри могут формироваться сами по себе, инкапсулировать молекулы и делиться без посторонней помощи.

Примерно 3,8 миллиарда лет назад родился наш давний одноклеточный предок. Это предшествовало бы не только сложным организмам в нашем мире, но и более простым бактериям. Были ли у этой «протоклетки» пузырьковые отсеки, остается загадкой. Долгое время ученые думали, что эти липидные пузыри были чем-то, что отличает наше суперсарство от других организмов, таких как бактерии. Из-за этого ученые думали, что эти отсеки могли образоваться после появления бактерий. Но недавнее исследование показало, что у бактерий также есть специализированные отсеки, что заставило исследовательскую группу Гезена задаться вопросом — могут ли протоклетки, появившиеся до бактерий и наших предков, иметь их? И если да, то как они могли образоваться?

Команда исследователей смешала липиды, которые образуют современные клеточные отсеки, называемые фосфолипидами, с водой и нанесла смесь на поверхность, похожую на минерал. Они обнаружили, что спонтанно образовывались большие пузыри, а внутри этих пузырей были более мелкие. Чтобы проверить, могут ли эти отсеки инкапсулировать небольшие молекулы, как они должны были бы выполнять специальные функции, команда добавила флуоресцентные красители. Они заметили, что эти пузырьки способны впитывать и удерживать красители. Они также видели случаи, когда пузыри разделялись, оставляя более мелкие «дочерние» пузыри, что «что-то вроде простого деления первых клеток», — говорит Спустова. Все это происходило без каких-либо молекулярных машин, подобных тем, что есть в наших клетках, и без дополнительной энергии.

Мысль о том, что это могло произойти на Земле 3,8 миллиарда лет назад, не исключена. Гезен объяснил, что воды было бы много, плюс «кремнезем и алюминий, которые мы использовали в нашем исследовании, присутствуют в природных породах». Исследования показывают, что молекулы фосфолипидов могли быть синтезированы в условиях ранней Земли или попасть на Землю с метеоритами. Гезен говорит: «Считается, что эти молекулы достигли концентрации, достаточной для образования фосфолипидных компартментов». Итак, возможно, что древняя «протоклетка», которая возникла раньше всех организмов, живущих в настоящее время на Земле, имела все необходимое для спонтанного образования пузырьковидных отсеков.