Новости химической науки > Горячие минеральные источники – дом протоклеток

Результаты комбинированного генетического и геологического исследования, проведенного в группе Армена Мулкиджаняна (Armen Mulkidjanian)из Университета Оснабрюка (Германия) позволяют предположить, что первые протоклетки с большей вероятностью могли появиться в грязи, образовавшейся там, где горячие минеральные источники били на поверхности земли, а не на дне океана – у жерл «черных курильщиков».

Мулкиджанян заявляет, что современные клетки можно рассматривать как «модернизированные копии» своих примордиальных предшественников. Состав простых мембран протоклеток отражает место, где происходила их эволюция. По словам исследователя, мембрана первых клеток вряд ли была настолько плотная, что препятствовала проникновению ионов – мембраны протоклеток могли служить барьером для проникновения в клетку только более крупных объектов – белков и полинуклеотидов. Если такое предположение верно, качественный и количественный состав ионов, содержащихся в клетке, должен быть близок количественным и качественным характеристикам окружения, в котором эти протоклетки появились.

Около четырех миллиардов лет назад горячий источник мог стать источником материалов, потребляемых протоклетками, защищенными от ультрафиолета частицами из сульфидов металлов и силикатных минералов. (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, DOI: 10.1073/pnas.1117774109)

Если эти умозаключения верны, и примордиальные клетки сформировались в океане, то концентрации ионов во внутриклеточной жидкости современных клеток должны были бы отличаться более высоким содержанием натрия, и меньшим содержанием ионов калия, цинка и фосфат-ионов. Для демонстрации того, что ионный состав клеток в процессе эволюции практически не менялся, исследователи из группы Мулкиджаняна, изучили, каким содержанием ионов могли характеризоваться протоклетки. С этой целью они идентифицировали белки, общие для всех клеточных организмом, наиболее вероятно произошедших от общего предка. Для решения этой задачи исследователи проанализировали геномы всех ветвей дерева жизни.

В ходе работы над проектом было идентифицировано большое количество общих для многих клеточных систем белков, для работы которых требуются ионы калия и ингибирующиеся ионами натрия. Исследователи показали, что помимо калия ионы цинка и фосфат-ионы также важны для работы этих общих белков, а, вероятно и предков этих белков. Мулкиджанян проконсультировался с геологом из Московского государственного университета, Андреем Бычковым (Andrew Bychkov) по условиям, для которых такое содержание ионов должно быть характерным, и Бычков подсказал, что практически аналогичным составом ионов отличается вода горячих минеральных источников – таких как гейзеры на Камчатке или в Йеллоустонском Национальном Парке.

Тем не менее, Ник Лейн (Nick Lane), биохимик из Университетского колледжа Лондона не считает, что доводы, приведенные Мулкиджаняном и Бычковым однозначно указывают на необходимость пересмотра сложившейся гипотезы о возникновении протоклеток. Он аргументирует свое несогласие тем, что для клеток свойственно динамическое неравновесное состояние, и именно оно могло стать причиной изменения ионного состава примордиальных протоклеток и клеток современных, помимо этого нельзя сбрасывать со счетов и доказанный аргумент о том, что общий предок всех форм жизни уже использовал в обменных процессах градиенты концентраций ионов гидроксония и натрия.

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, DOI: 10.1073/pnas.1117774109

метки статьи: #биохимия, #геохимия, #химическая эволюция