Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представили данные, указывающие на то, что особые капли, называемые коацерватами, могли играть роль в ускорении химической эволюции на доисторической Земле. Согласно работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, такие капли, формирующиеся из молекул РНК и пептидов, создают внутри себя микросреду, благоприятную для протекания окислительно-восстановительных реакций. Эти реакции лежат в основе многих биохимических процессов, включая образование и передачу энергии.
Основной вопрос, на который стремились ответить исследователи, заключался в том, могли ли коацерваты выступать в качестве примитивных катализаторов, подобных ферментам. Для эксперимента команда создала модель коацервата из полиуридиловой кислоты (РНК) и пептида поли-L-лизина. Внутри этой системы изучалась простая окислительно-восстановительная реакция восстановления феррицианида до ферроцианида. Данная реакция хорошо известна в химии и позволяет отследить перенос электронов. Ученые использовали электрохимические методы для измерения напряжения, что позволило определить изменение энергии Гиббса реакции внутри капель.
Энергия Гиббса является показателем того, насколько вероятно протекание реакции самостоятельно, без дополнительных затрат энергии. Измерения показали, что внутри коацервата среда изменяется таким образом, что окислительно-восстановительные реакции становятся более вероятными. Это означает, что капли не просто концентрировали реагенты, но и активно влияли на энергетический баланс процессов. С помощью рамановской спектроскопии исследователи установили прямую связь между наблюдаемыми электрохимическими сдвигами и изменениями в молекулярном окружении частиц железа внутри капли.
По словам одного из авторов работы, Лора Сепунару, вода, окружающая реагенты внутри коацервата, ведет себя иначе, чем в обычном водном растворе. Это создает условия, при которых молекулам легче отдавать и принимать электроны. Таким образом, данные капли можно рассматривать как протоферменты – простые структуры, которые, подобно современным ферментам, способствовали протеканию определенных химических превращений. Они могли служить платформой для образования более сложных органических молекул, что является важным шагом на пути к возникновению жизни.
Ранее ученые объяснили, как клетки выбирают свою судьбу.
