Ученые Гарвардского университета раскрыли, что дарвиновские принципы универсальны и действуют даже в отношении неживых синтетических объектов. Таким образом, дарвиновская эволюция могла существовать еще до зарождения первых клеток, когда существовали только полимерные пузырьки. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.
Узнайте больше в полной версии ➞Специалисты разработали небиохимические, но основанные на углеродных молекулах системы, называемые протоклетками. Они состоят из самособирающихся полимерных везикул (пузырьков), которые спонтанно формируются из однородной смеси синтетических молекул, и обладают некоторым сходством с обычными биохимическими клетками. Протоклетки можно легко модифицировать в разные «виды», например, путем добавления в них катализатора, подходящего для усиления их упрощенного «метаболизма».
В ходе исследования были синтезированы два вида протоклеток со средним размером от 1030 до 1640 нанометров. Эти структуры самосинтезировались под воздействием светового излучения от 45 зеленых светодиодов. Сначала в смеси возникали поверхностно-активные молекулы (амфифилы), состоящие из гидрофильной и гидрофобной части, которые затем самоорганизовывались в везикулы. В некоторые везикулы был добавлен фотокатализатор цинк-тетрафенилпорфирин (ZnTPP), который повышал светочувствительность протоклеток.
Оба вида протоклеток находились в одной и той же среде, где были вынуждены делить между собой «пищу» в виде 2-гидроксипропилметакрилата (HPMA). HPMA — это момомер, простая молекула, являющаяся одним из компонентов изначальной смеси и включаемая в состав амфифилов в качестве агента, способствующего полимеризации и образованию везикул. Везикулы с ZnTPP имели преимущество перед другими протоклетками в потреблении пищи. Они быстро росли изнутри, а затем выбрасывали в смесь часть амфифилов, которые становились «зернами» везикул следующего поколения.
Таким образом, протоклетки демонстрировали принцип конкурентного исключения. Везикулы с ZnTPP быстро увеличивали численность популяции, вытесняя из смеси везикулы без фоторецептора. Модели роста популяции оказались очень похожи с реальными организмами — инфузориями-туфельками Paramecium aurelia и P. caudatum, — когда те конкурируют за один и тот же корм. По словам ученых, такой результат указывает на возможность дарвиновской эволюции еще до появления самой жизни или даже установления биохимических реакций в первичном бульоне.