Модель протоклітини.
Згідно з однією з існуючих теорій, початок життя на Землі поклали прості сполуки на основі вуглецю - амінокислоти, що впали на поверхню планети разом з метеоритами (на користь цієї теорії свідчить аналіз складу вуглецевих метеоритів і моделювання умов поверхні ранньої Землі). Протягом тривалого часу ці хімічні речовини взаємодіяли, що призвело до появи перших клітин, які стали розмножуватися і розвиватися в більш складні форми життя, аж до тих, які ми можемо спостерігати сьогодні. Процес розвитку найбільш ранніх форм життя зрозумілий не у всіх подробицях. Раніше було показано, як абіогенним шляхом, з простих амфіфільних сполук, могли утворитися мембрани протокліток. Але ймовірний механізм виникнення здатності клітин до реплікації вивчений не був. Для того щоб прояснити це питання, команда японських біологів створила здатні до поділу штучні клітини на основі припущень про ті клітини, що з'явилися на Землі першими. Статтю про роботу опубліковано в Nature Communications.
Дослідники побудували синтетичну протоклітку з ДНК і білків, упакованих у сферу з ліпідів, що імітує клітинну оболонку на ранній стадії її розвитку. Вийшла не повною мірою жива клітина, але ДНК всередині сфери запускає інструкції з реплікації за певних умов. Коли ви змінюєте кислоту, протоклітина починає ділитися. Важко було досягти того, щоб клітина відновлювалася після поділу, щоб процес ділення міг повторитися. Поживні речовини не можуть проходити через ліпідну оболонку з навколишнього середовища. Дослідники помістили нещодавно розділені штучні клітини в розчин, в якому знаходилися ліпідні сфери з поживною речовиною (дезоксинуклеозид трифосфат). Ці сфери прилипали до клітки, зливалися з нею, таким чином відбувався процес харчування. Застосування цього методу дозволило виростити в лабораторії три успішних покоління клітин.
Циклічний процес, за допомогою якого синтетичні клітини (і, як ймовірно, стародавні протоклітини) діляться, виглядає так: прийом їжі, реплікація (копіюється ДНК), зрілість (клітини готові до поділу), поділ. Фази розвитку штучних протокліток.
Дослідники вважають, що їхня модель представляє, як попередники життя могли сформуватися і поширитися. Протоклітини потребували особливих умов, які дозволяли поповнювати їхні енергетичні запаси, перш ніж самовідтворення тривало. Зміни рН, які необхідні для переходу від фази до фази, часто відбуваються біля жерл гідротермальних джерел, зазначають автори.
Дослідження залишає деякі важливі питання без відповіді. Вчені досі не розібралися в тому, як гени визначають фізичні характеристики протоклітин, їх фенотип, як включилися мутації, рушійні еволюцію, як швидко протоклітини «навчилися» відтворюватися. Очікується, що створення більш складних моделей протокліток у майбутньому дасть можливість зрозуміти, як працювали гени у попередників життя.