«Морская» гипотеза возникновения жизни сохраняла популярность, так как океанологи постоянно находили оазисы жизни в глубинах океана, подогреваемых подводной вулканической активностью. Бактерии там живут в почти невозможных условиях, питаясь ядовитыми минералами, попадающими в воду при подводных извержениях вулканов. Предполагалось, что подобным образом и в такой же среде возникли первые клетки: вулканизм на юной Земле был гораздо более активным, чем сейчас.
Группа ученых, опубликовавшая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences теорию о «наземном» происхождении жизни, опирается на данные о составе жидкости внутри клеточных мембран бактерий. Она невероятно сильно отличается от морской воды.
А похож он на состав лужиц, возникающих из конденсированных паров и вулканической грязи.
В такой окружающей среде закономерно возникли организмы, более богатые калием, чем натрием. В море, наоборот, натрия гораздо больше (морская соль — NaCl).
«Для синтеза белков — их молекулярных машин — клеткам нужно очень много калия. Натрий, наоборот, блокирует эти процессы. В свою очередь, жизнь не может существовать без синтеза белка, поэтому нуждается в калии», — объяснил свои рассуждения первый автор работы, биофизик из Оснабрюка Армен Мулкиджанян, также работающий в МГУ в Институте физико-химической биологии им. Белозерского. Среди авторов работы и другие наши соотечественники: Андрей Бычков (геологический факультет МГУ) и Дарья Диброва (факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ). Руководил работой выдающийся биоинформатик российского происхождения Евгений Кунин.
Предположения о глубокой взаимосвязи состава питательной среды и бактериальной клетки основаны на различиях функционирования современных и древних одноклеточных.
Сейчас бактерии «вооружены» комплексом белков, которые выводят избыточный натрий через мембраны, позволяя клеткам нормально работать и в богатой натрием среде.
Древнейшим клеткам было сложнее: их мембраны были рудиментарными и примитивными, а все питательные вещества брались сразу из окружающей среды. В результате древние клетки были весьма открытыми системами, отданными «на растерзание» внешней среде. И все-таки калия в них содержалось больше, чем натрия. Это полностью противоречит возможности их жизни в древнем океане: как и сегодня, в морской воде натрия в 40 раз больше, чем калия. Учитывая это, Мулкиджанян и его коллеги прибегли к помощи геологических данных, чтобы понять, где еще могла зародиться жизнь 3,8–4,3 млрд лет назад.
Самыми подходящими кандидатами оказались районы геотермальных источников — сегодня они есть, например, в Йеллоустонском национальном парке в США и на Камчатке.
«Грязевые ванны геотермальных источников питаются паром, поднявшимся из-под Земли и конденсировавшимся. В грязи, оказывается, много минералов, в том числе калий. Эта среда выглядит очень привлекательной для древних клеток», — заключил Мулкиджанян.