Направленность химической эволюцииКлючевую роль в зарождении жизни сыграло появление химических репликаторов — молекул, способных к синтезу собственных копий. Британские и нидерландские химики обнаружили простую автокаталитическую систему, в которой исход конкуренции между двумя репликаторами зависит от характера механического воздействия на реакционную смесь: если ее встряхивать, побеждает один репликатор, если помешивать — другой, а если оставить в покое, ни один из репликаторов не может успешно размножаться. Открытие показало, что не только химические, но и механические факторы могли определять направленность отбора на этапе предбиологической эволюции. Работа британских и голландских химиков, опубликованная в журнале Science, показала, что на избирательное накопление отдельных «маловероятных» продуктов могут влиять не только химические, но и механические факторы, такие как способ перемешивания реакционной смеси. Исследователи работали с тремя искусственно синтезированными веществами, молекулы которых способны объединяться в кольцевые структуры, состоящие из 3–7 мономеров. Авторы установили, что растворы обоих контрольных веществ быстро приходят к равновесному состоянию с резким преобладанием трех- и четырехчленных циклов (тримеров и тетрамеров). После этого никаких изменений в системе уже не происходит. Вещество 1 повело себя иначе. В течение первых четырех дней в растворе тоже преобладали тримеры и тетрамеры, но затем быстро начала расти доля семичленных циклов — гептамеров. За две недели гептамеры почти полностью вытеснили все остальные типы молекул, за исключением небольшого количества шестичленных циклов (гексамеров). В описанных опытах растворы помешивали при помощи магнитной мешалки (stir bar). Как ни странно, оказалось, что именно способ помешивания определяет судьбу вещества 1. Если раствор не мешать вовсе, образуются только тримеры и тетрамеры, как и в случае с веществами 2 и 3. А если вместо помешивания применить встряхивание (для этого использовали другое стандартное устройство — орбитальный шейкер), вещество 1 превращается преимущественно в шестичленные циклы (гексамеры). Судьба веществ 2 и 3 не зависит от механических воздействий: как их ни мешай, всё равно получаются только тримеры и тетрамеры. Полученные результаты на первый взгляд кажутся очень странными (поклонники эпопеи о Гарри Поттере наверняка вспомнили уроки зельеварения в Хогвартсе). Каким образом способ помешивания может повлиять на исход реакции? Применив к своим растворам всю мощь современных методов аналитической химии, авторы установили, что гексамеры и гептамеры существуют в растворе не поодиночке, а в виде длинных нитей — фибрилл. Каждая нить представляет собой «стопку» кольцевых молекул, приклеенных друг к другу благодаря способности пептидов образовывать бета-листы. Ширина фибриллы составляет от 4,7 до 4,9 нанометров, что соответствует диаметру гекса- и гептамеров с торчащими наружу пептидными радикалами. Длина фибрилл может достигать 1–2 микрометров. Оба конца фибриллы служат «точками роста», к которым приклеиваются всё новые и новые кольцевые молекулы. Приклеивание идет избирательно: к гексамерам прилипают гексамеры, к гептамерам — гептамеры. Молекулы, приклеившиеся к фибрилле, выпадают из дальнейших превращений, то есть обретают стабильность. Таким образом, гептамеры и гексамеры ведут себя как настоящие репликаторы: они стимулируют образование собственных копий. При этом они конкурируют друг с другом за «пищу», то есть за моно-, три- и тетрамеры, служащие исходным субстратом для синтеза новых гекса- и гептамеров. Причем же тут помешивание? При помощи ряда дополнительных экспериментов авторы выяснили, что разные способы механического воздействия по-разному влияют на фибриллы, состоящие из шести- и семичленных молекул. При встряхивании фибриллы, состоящие из гексамеров, рвутся чаще, чем гептамерные. Вероятно, это объясняется тем, что гептамеры склеиваются друг с другом прочнее, чем гексамеры: первые удерживаются вместе семью бета-листами, вторые — только шестью. Чем чаще рвутся фибриллы определенного типа, тем больше возникает новых точек роста и тем быстрее идет синтез и стабилизация соответствующих кольцевых молекул. Поэтому при встряхивании гексамеры размножаются быстрее и побеждают своих семичленных конкурентов в борьбе за субстрат.
© Copyright: Сибирская Хиджра, 2019.
Другие статьи в литературном дневнике:
|
