Новости

30 октября, 2023 16:03

Российские ученые приблизились к разгадке процессов зарождения жизни на Земле

Источник: RT
Российские ученые совместно с иностранными коллегами смоделировали механизм синтеза особых молекул-коацерватов. Согласно популярной научной теории, именно такие молекулы были предшественниками первых одноклеточных организмов и положили начало жизни на нашей планете. Авторы работы с помощью математических методов воспроизвели целый каскад химических реакций, который привел к формированию коацерватов. Исследование не только способно приблизить науку к пониманию того, как возникли первые земные организмы, но также может найти применение в работах по созданию искусственных клеток и разработке технологий адресной доставки лекарств. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chem.
Процессы самоорганизации полученных структур в чашках Петри. Источник: пресс-служба ИТМО

Российские ученые из научно-образовательного центра инфохимии Национального исследовательского университета ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов, которые частично объясняют появление первых одноклеточных организмов на планете. Работа поможет приблизиться к разгадке того, как именно зарождалась жизнь на Земле, а также ускорить исследования в области создания искусственных клеток.

Согласно одной из основных научных теорий, первые примитивные организмы могли возникнуть на планете в результате изначально абиогенного синтеза сложных химических молекул в так называемом первичном бульоне — растворе аммиака, метана и других соединений, присутствовавших в атмосфере и океане. Реакции синтеза шли под воздействием разрядов молний, интенсивной ультрафиолетовой радиации и других факторов. Возникшие молекулы представляли собой сложные органические соединения и биополимеры, которые затем объединились в белки. Из них, в свою очередь, возникли первые примитивные организмы. Теория была выдвинута советским ученым Александром Опариным в начале прошлого века.

Сложнее всего для науки оказался вопрос, как именно белковые молекулы собрались в первые организмы. Как предполагал Опарин, белки образовывали комплексы, на границе которых выстраивались липидные молекулы — прообраз клеточной мембраны. Такие комплексы получили название коацерваты (от латинского слова coacervus — сгусток).

Авторы работы частично подтвердили эту теорию. Исследователи разработали и описали с помощью вычислительных методов химическую систему, которая приводит к «самосборке» коацерватов. Процесс образования этих структур схож с поведением живого организма, отмечают ученые.


Динамика автокаталитического образования полиионных структур. Источник: Екатерина Скорб

Как пояснили исследователи, система включает целый каскад биохимических реакций: автокатализ (воспроизводство молекулой самой себя), фазовое разделение (образования нескольких фаз в водном растворе), образование капель масла в воде и коацервация (кучкование образованных заряженных макромолекул).

«Представьте некий химический «суп»: в бульон помещаются молекулы разных веществ, они взаимодействуют, в результате чего образуется новая молекула. Она начинает размножаться, контактировать с другими частицами, а также инициировать создание коацерватов. Причем, когда создаются комплексы, реакция продолжается уже внутри, а не в бульоне, что влияет на скорость получения итоговых структур. Все происходит без нашего участия, мы просто наблюдаем», — объяснила RT директор НОЦ инфохимии ИТМО Екатерина Скорб.
Для описания всех реакций ученые применили метод компьютерного моделирования, который позволяет отследить, что происходит с молекулами на каждом этапе. По словам исследователей, им удалось воспроизвести механизм формирования и поведения коацерватов. Это поможет лучше понять, как именно протекал процесс появления первых живых организмов на Земле, а также поможет в работах по созданию искусственных клеток. Кроме того, полученные данные могут найти применение при разработке технологий адресной доставки лекарств.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

13 июня, 2024
Разработана методика экологичного синтеза жаропонижающих препаратов
Российские химики разработали подход, позволяющий получать азот- и серосодержащие производные орга...
11 июня, 2024
Светящиеся кольца, трубки и «деревья» синтезировали химики из наночастиц сульфида серебра
Ученые получили квантовые точки — наночастицы на основе сульфида серебра и органических молекул в во...