Абиогенные молекулы с повадками паразитов

Шестичленные репликаторы появляются как второе поколение восьмичленных репликаторов, после чего «потребляют» восьмичленные циклы, используя их строительные блоки для собственного роста. Это напоминает поведение паразитов или хищников.

Исследователи из Нидерландов впервые наблюдали «паразитическое» поведение небиологических самовоспроизводящихся систем. Их результаты позволяют говорить о том, как возникла и эволюционировала жизнь и как простые химические строительные блоки можно использовать для получения синтетической жизни («Angewandte Chemie, Int. Ed.», 2018, doi: 10.1002/anie.201804706).

Большая часть искусственно созданных систем, моделирующих явления биогенеза или отбора, имела в своей основе один тип самовоспроизводящихся молекул, таких как ДНК, РНК или синтетические репликаторы.

Сийбрен Отто с коллегами из Университета Гронинген создали систему, где один тип самовоспроизводящихся молекул способствует формированию другого типа молекул-репликаторов, которые для своего размножения паразитически потребляют молекулы-репликаторы первого типа. По словам Отто, результаты их работы показывают, что паразитизм мог появиться до появления жизни как таковой. Печально, но факт: стратегия паразитизма древнее самой жизни.

Эффект был обнаружен, когда исследователи из группы Отто работали с ранее полученными в их лаборатории синтетическими репликаторами — дитиольными строительными блоками, образующими циклы, которые затем укладываются стопками друг поверх друга, в итоге формируя волокна. При перемешивании содержимого колбы волокна распадаются на две части, каждая часть продолжает расти дальше, формируя большее количество циклов. Продолжение перемешивания приводит к повторению процесса, и репликация идет по экспоненте.

Ранее проведенные эксперименты показали, что первое поколение молекул-репликаторов способствует образованию новых репликаторов в том же самом реакционном сосуде, после чего первое и второе поколения репликаторов могут сосуществовать и кооперировать, способствуя образованию друг друга. В новой работе исследователи решили выяснить, не начнут ли репликаторы «эволюционировать», если они будут потреблять строительные блоки другого типа. Однако получилось так, что репликаторы стали демонстрировать паразитическое поведение.

Суть паразитизма заключалась в том, что репликаторы, состоящие из восьмичленных циклов, в свою очередь собранных из дитиольных строительных блоков, применялись для кросс-катализа и способствовали формированию новых репликаторов в той же колбе из второго типа дитиолов (слегка отличного от первого типа). Эти шестичленные циклы-репликаторов воспроизводились медленнее, ведя себя при этом как паразиты — потребляя строительные блоки восьмичленных репликаторов, благодаря которым они появились на свет. В конце концов в системе оставались только шестичленные репликаторы. Отто планирует эксперименты, в которых попробует заставить молекулы-репликаторы участвовать в процессах, имитирующих мутации и естественный отбор.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 9/2018) на с. 16.