Гідротермальне джерело. Фото: NOAA Ocean Exploration Program / AP.
За допомогою математичного моделювання біологи з Університетського коледжу Лондона з'ясували, що останній загальний предок (ПВП), який жив чотири мільярди років тому, мав мембрану, що «протікає». Цей факт допоміг знайти відповідь на два важливих питання біології: чому всі клітини користуються одним і тим же механізмом збору енергії і чому у двох доменів живих істот, які першими розійшлися в ході еволюції (бактерії та археї), настільки розрізняється будова мембран. Дослідження представлено в журналі PLoS Biology.
Вчені вважають, що ПВП (це був одноклітинний організм) мешкав біля гідротермальних джерел на дні океанів, де багата позитивно зарядженими частинками морська вода змішувалася з теплою лужною рідиною (де протонів, навпаки, було мало).
Такий градієнт протонів дозволив частинкам потрапляти в клітку, сприяючи виробленню молекул АТФ - головного джерела енергії для всіх біохімічних процесів. А завдяки «дірявій» мембрані протони легко покидали організм, поступаючись своїм місцем новим частинкам. Модель біологів показала, що швидкість припливу і відтоку протонів в клітку була досить велика, щоб забезпечити її зростання.
Але для того, щоб покинути підводне середовище, ПВП довелося «навчити» свою мембрану самостійно викачувати протони з клітини. Цю проблему археї і бактерії вирішили по-різному, створивши різні структури «зашитих» мембран і протонні насоси. Ідея виниклого природним чином зовнішнього градієнта позитивно заряджених частинок дозволяє пояснити, чому біоенергетика мембрани у бактерій і архей однакова, хоча протонні насоси і самі мембрани влаштовані по-різному.