Ученые Института динамики и самоорганизации Общества имени Макса Планка выяснили, что каталитические молекулы могут спонтанно образовывать метаболически активные кластеры. Эта способность к самоорганизации могла сыграть решающую роль в возникновении жизни на Земле. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Один из возможных сценариев возникновения жизни — спонтанная самоорганизация взаимодействующих молекул в капли, подобные клеткам. Такие молекулы образовали первые метаболические циклы, ставшие общими для всех живых организмов. Согласно этому представлению, биомолекулы должны были сгруппироваться благодаря достаточно медленным и неэффективным процессам, однако этот сценарий несовместим с картиной относительно быстрого появления примитивной жизни.
В новой работе ученые предложили альтернативную модель, которая объясняет спонтанное возникновение кластеров и быстрое формирование метаболических реакций, необходимых для жизни. Единственным компонентом этой модели были каталитически активные молекулы, которые образовывали кластеры, рост которых происходил с экспоненциальной скоростью. Таким образом, молекулы могли очень быстро и в большом количестве собираться в динамические структуры.
Также оказалось, что количество видов молекул, участвующих в метаболическом цикле, играет ключевую роль в структуре образующихся кластеров. Метаболический цикл, состоящий из нечетного числа молекул, может иметь преимущество перед циклом с четным числом членов за счет формирования колебательного стационарного состояния. С этим, вероятно, связан тот факт, что один из важнейших метаболических циклов в живых организмах, называемый циклом Кребса, как раз состоит из 11 членов.