Що робить життя таким життям? Якщо замислитися, один із найбільш фундаментальних та захоплюючих її аспектів — це, звичайно, здатність до самовідтворення. Кожна жива істота, від найпростішої бактерії до найскладнішого ссавця, з’являється світ завдяки тому, що його «батьки» створюють потомство з власного клітинного матеріалу. Цей процес, такий звичний для нас, спирається на дивовижно заплутану та точну біохімію, де кожен крок ретельно вивірений.
Ми звикли думати, що життя немислиме без ДНК, білків, складного метаболізму — словом, без усієї цієї хитромудрої біохімічної машинерії. Не дарма великий Рудольф Вірхов, батько клітинної патології, ще 1858 року карбовано сформулював: «Кожна клітина походить від попередньої клітини». Іншими словами, життя народжує життя, і цей ланцюг, здавалося б, нерозривний.
Але що, якби самовідтворення могло відбуватися без цієї найскладнішої хімічної магії? Чи може «життя» — чи хоча б його найважливіша функція — зародитися і продовжуватися в середовищі, яке повністю позбавлене біохімічних процесів?
Виклик звичним уявленням
Донедавна багато вчених вважали це фантастикою. Так, були спроби створити щось схоже на відтворення в лабораторії: деякі молекули могли самоорганізовуватися, імітуючи щось на кшталт поділу. Але ці процеси завжди так чи інакше спиралися на біохімічні принципи, хай і спрощені, або демонстрували справжнього автономного самовідтворення.
І ось тут на сцену вийшли дослідники з Гарвардського університету, які вирішили кинути виклик нашим звичним уявленням. Їхня ідея була сміливою, але елегантною: створити систему, де синтетичні клітинноподібні структури могли б формуватися і розмножуватися, зовсім не вдаючись до біологічних молекул.
Хімічна «кухня» для «штучних клітин»
Як вони це зробили?Уявіть собі невелику колбу, куди помістили компоненти, які на перший погляд взагалі не повинні були самоорганізовуватись. «будівельну» молекулу — і фотокаталізатор, якийсь хімічний «запускник» реакції, чутливий до світла. Вся ця суміш знаходилася в інертній атмосфері азоту, щоб унеможливити небажані реакції.
Що ж сталося далі? Суміш помістили під м’яке зелене світло (530 нанометрів) на півтори години при температурі, трохи вище за людську — 33°C.
Народження протокліток та їх дивовижний танець
І ось тут починається найцікавіше. Під впливом зеленого світла ініціювалася особлива реакція, відома як фотозворотна полімеризація з перенесенням ланцюга за допомогою приєднання-фрагментації (RAFT). Звучить мудро, але суть у тому, що вихідні молекули почали перетворюватися на щось зовсім інше – на так звані амфіфільні блок-сополімери.
Що це за загадкові «амфіфіли»? Уявіть собі молекули, які мають один кінець «любить» воду, а інший — «боїться» її. Пам’ятаєте, як мило працює? Воно чіпляється за жир «гідрофобним» хвостом, а «гідрофільною» головою розчиняється у воді, забираючи бруд. Схожим чином, у водному середовищі ці новостворені амфіфільні кополімери стали самоорганізовуватись. Їхні «водобоязливі» частини прагнули сховатися від води, а «водолюбні» — залишитися на поверхні. У результаті вони спонтанно утворювали крихітні, порожнисті сфери, дуже схожі на клітинні везикули. Вчені назвали їх синтетичними, або полімерними протоклетками. Дивно, правда? Просто світло, кілька хімічних речовин і ніяких складних біологічних інструкцій.
Але найдивовижніше — ці штучні «клітини» не просто формувалися та існували. Вони починали рости і… розмножуватися! Ці везикули виростали до певного розміру, а потім, як живі клітини, ділилися, вивільняючи крихітні полімерні «спори». Ці «суперечки» ставали «насінням» для нових везикул. І що найважливіше — кожна нова «дочірня» освіта успадкувала певні властивості своєї «материнської» везикули. Відбувалося нелінійне, експоненційне збільшення цих структур.
Це дуже схоже на те, як діляться бактерії або найпростіші водорості, тільки тут немає ні ДНК, ні РНК, ні ферментів, ні будь-яких звичних біохімічних машин. Тільки проста, але надзвичайно «розумна» хімія.
Відкриваючи двері в минуле та майбутнє
Це дослідження – не просто кумедний експеримент у лабораторії. Воно ставить під сумнів багато наших уявлень про те, що таке життя і як воно могло зародитися.
По-перше, воно показує, що відтворення, ключова особливість всіх живих систем, може виникнути з простих хімічних реакцій, без будь-якої біохімічної складності. Це відкриває нову перспективу теорії походження життя Землі. Можливо, перші «цеглинки» життя були саме такими — простими, небіологічними структурами, здатними до самоорганізації та розмноження, які лише з часом «обростали» дедалі складнішою біохімією? Це ніби зазирнути у глибоке минуле нашої планети та побачити можливий сценарій виникнення всього живого.
По-друге, це має значення для астробіології — науки, яка вивчає життя поза Землі. Якщо життя може самовідтворюватися без нашої «земної» біохімії, то у Всесвіті можуть існувати зовсім інші форми «життя», засновані на інших хімічних принципах. Ми можемо шукати не лише вуглецеве життя на водній основі, а й щось зовсім інше, що раніше навіть не уявляли.
По-третє, це відкриває дорогу для створення абсолютно нових абіотичних, життєподібних систем. Уявіть матеріали, які здатні до самовідновлення чи самовідтворення, нові види нанороботів або навіть штучні організми, що працюють на небіологічних принципах. Можливості здаються по-справжньому безмежними.
Дослідження Гарвардських вчених – це не просто крок, а справжній стрибок у розумінні базових принципів життя. Воно нагадує нам, що природа набагато винахідливіша, ніж ми можемо собі уявити. І можливо, «життя» — це не тільки те, що ми бачимо навколо себе, а й щось набагато універсальніше й дивовижніше, що може бути приховано у найпростіших хімічних процесах. Хто знає, які ще секрети таїть у собі світ простих молекул?
