Краплі, які «оживають»: як ще могла з'явитися життя?

Ще дітьми, їдучи в автобусі, ми знали, що краплі дощу стікаються і розтікаються по склу з тієї сторони. Потім ми виросли і дізналися, що краплі масла у воді також зливаються разом, утворюючи більш великі краплі, поки не зберуться всі в одну велику сферу. Інтуїція підказує нам, що краплі люблять збиратися, хоча ми не знаємо чому. (Вони роблять це, щоб звести до мінімуму площу поверхні, оскільки складові їх молекули воліють хімічну компанію собі подібних, а не навколишнього рідини).

Не так давно вчені виявили, що ця добре відома нам динаміка крапель є лише частиною історії. Краплі, які «хімічно активні», використовують сонячне світло або якесь інше джерело енергії для постійної циклізації молекул в навколишньому рідини, ведуть себе несподіваним чином, який, можливо, зіграв вирішальну роль у народженні життя на Землі.

На відміну від звичних крапель нашої юності, активні краплі виростають приблизно до розміру клітини і припиняють рости; вони також спонтанно діляться, утворюючи дочірні краплі. Гіпотеза про це вперше була висунута в 1924 році і нещодавно реанімована групою біологів і фізиків у Дрездені, Німеччина: краплі рідини в первинному бульйоні ранньої Землі були примітивними попередниками перших клітин. По мірі того як ці активно-краплинні «протоклітини» ділилися і розмножувалися, на них починала тиснути еволюція, роблячи їх складніше і приводячи до зростання живих клітин.

Фізику поділу активних крапель досі вивчали тільки на папері і в різних моделях, хоча готуються і експерименти. Тим не менше щось подібне передбаченого ефекту, можливо, спостерігали десятки років тому.

Біохімік Девід Димер з Каліфорнійського університету в Санта-Круз — відомий прихильник теорії «спершу мембрана» . Димер вважає, що протоклітини повинні були мати мембрани з жирних кислот, на зразок тих, що оточують сучасні клітини — структури більш складні, ніж краплі, не мають очевидних методів розмноження. Але коли Димер читав передбачення дрезденської групи на тему активних крапель та їх протоклеточной гіпотези, він згадав «дещо примітне», що бачив одного разу в краплях, витягнутих з метеорита Мерчісон, який розбився в Австралії в 1969 році.

У 1980-х роках Димер виявив мембранообразующие молекули в цьому самому космічному камені — можлива ознака того, що ці хімічні речовини були в достатку на ранній Землі, як того вимагає гіпотеза «спершу мембрана». Але Димер зробив ще одне спостереження, про яке ніколи не писав. Він роздивлявся маслянисті вуглеводневі пігменти, витягнуті з зразка Мерчисона, під мікроскопом. «Коли я ввімкнув світло в мікроскопі, я подивився на ці краплі з несподіваного боку — вони здавалися живими», говорить він. «Вони почали рухатися середовищі — середовище була просто скляною пластинкою, звичайно — і переміщати матеріал всередині. І тоді сфера витягнулася і розділилася на дві невеликі сфери, які потім розповзлися».

Це поведінка «так сильно зацікавило» Димеру тридцять років тому, що він зняв його на відео. І обговорюючи дослідження дрезденської групи в цьому місяці, Димер сказав: «Думаю, мені варто написати цим хлопцям і розповісти про це».

Франк Юлихер, автор нової роботи, із задоволенням . «Дуже цікаво», відповів він у листі Димеру. Трохи поміркувавши над фізикою позаземних крапель, Юлихер сказав: «Потік і «поділ» на цій картині випливають з процесу активного змочування». Світло запускає хімічну реакцію, яка виробляє молекули, які змочують підкладку мікроскопа, пояснив він. Це, в свою чергу, створює градієнт поверхневого натягу і матюкав краплі починає циркулювати і рухатися. «Ця фізика дещо відрізняється від розподілу крапель, які ми вивчали в нашій роботі, яке відбувається без змочування», говорить Юлихер, додаючи, що ключова відмінність того, що вивчала його команда, в тому, що їх краплі були хімічно активні та стаціонарні одночасно — подібно клітинам.

Обидва механізму розподілу крапель на даний момент вивчені досить слабо і обидва є новими прикладами так званого «неврівноваженого» фізичної поведінки. Навіть якщо стара запис Димеру демонструє інший ефект, відмінний від того, що вивчали дрезденські вчені, це може вказувати на те, що розподіл крапель більш поширене, ніж було відомо, а значить могло зіграти певну роль у зародженні життя.

У будь-якому випадку не кожен день таке побачиш.