Животът днес съществува като клетки, които са торбички, пълни с ДНК, РНК, протеини и други молекули. Но когато животът се е появил преди около четири милиарда години, клетките са били много по-прости. Някои учени са изследвали как така наречените протоклетки са се появили за първи път, опитвайки се да ги пресъздадат в лаборатории.

Много изследователи подозират, че протоклетките съдържат само РНК, едноверижна версия на ДНК. И РНК и ДНК съхраняват генетична информация в своите дълги последователности от молекулни „букви“.

Но РНК може също да се огъва в сложни форми, превръщайки се в инструмент за рязане или свързване на други молекули. Протоклетките може да са се възпроизвели, ако техните РНК молекули грабнат генетични градивни елементи, за да сглобят свои копия.

Едно предизвикателство пред изграждането на протоклетките е изборът в какво да бъдат обвити. Съвременните клетки са обвити в мембрани - бариери, които строго контролират как молекулите се движат навътре и навън. Но тази подредба би представлявала проблем за протоклетките. Те не биха могли да поемат молекулите, необходими им за растеж или за изхвърляне на отпадъци.

Някои учени са обмисляли дали протоклетките са се образували без мембрана. Те черпят вдъхновение от вековни химически експерименти, в които изследователи смесват химикали в течност. В някои случаи някои от химикалите се кондензират в капчици, които плуват в сместа. Възможно ли е протоклетките да са започнали като плаващи капчици без мембрана?

През последните години изследователите проучиха тази възможност, като създадоха капчици с РНК, съдържаща се вътре. Разклащането на капките беше достатъчно, за да ги раздели на две. Това може да е прост предшественик на това как клетките се делят, докато се възпроизвеждат.

Но капчиците РНК не можеха да останат различни по начина, по който го правят клетките. Нишките на РНК бързо се местят от една капчица в друга и с времето всички капчици се сливат заедно.

През 2018 г. Аман Агравал, инженер-химик, откри потенциално решение на този проблем. Но ще му отнеме три години, за да разбере какво е открил.

По това време д-р Агравал беше аспирант в университета в Хюстън, изучавайки капчици, направени от синтетични химикали. Той се надяваше да превърне капките в миниатюрни фабрики за производство на важни съединения като инсулин.

За да се направи това, първо ще трябва да се направят капчиците по-стабилни. Агравал е бил впечатлен от проучване от 2015 г., в което швейцарски учени успели да накарат капчиците да издържат шест дни чрез изпомпване на химикали в микроскопични канали, пълни с пречистена вода.

Д-р Агравал повтаря резултатите, но не можел да разбере как каналите правят толкова стабилни капчици. Четири месеца по-късно той се натъкнал на флакон, останал от експеримента. Изсипал някои допълнителни химикали и пречистена вода във флакона, запечатал го и бил забравил за него. Но сега, като погледнал флакона, той се стреснал, когато видя, че течността има млечен цвят. Това означава, че капчиците все още са там и плуват вътре.

Д-р Агравал открил, че водата е отговорна за поддържането на капките стабилни. Водата принуждава молекулите във външния слой на капките да се свържат заедно. „Можете да си представите мрежа, образуваща се около тези капчици“, каза д-р Агравал, сега постдокторантски изследовател в Чикагския университет.

През 2021 г. новината за работата на д-р Агравал стига до Джак Шостак, химик от Чикагския университет и Нобелов лауреат, който е работил върху протоклетките повече от 20 години. Д-р Шостак се чудел дали водата може да направи и капчиците РНК по-стабилни.

Двамата учени и техните колеги обединяват усилията си за нов кръг от експерименти. Те комбинират РНК и други химикали с пречистена вода, а когато разклащат разтвора, той спонтанно произвел РНК капчици. И тези капчици оставали стабилни в продължение на дни, съобщиха те в новото проучване, публикувано в списание Science Advances.

Учените спекулират, че дъждът, падащ върху ранната Земя, може да е осигурил водата, необходима за производството на капчици РНК. За да тества тази възможност, Ануша Вонтедду, друга студентка от университета в Хюстън, поставя чаши навън по време на буря. Когато тя и нейните колеги използваха дъждовната вода, за да проведат експериментите отново, капчиците РНК отново се оказват стабилни.

Но дъждът на ранната Земя най-вероятно е имал различна химия от дъжда днес, защото се е образувал в атмосфера с различен баланс на газовете. Високото ниво на въглероден диоксид, за което се смята, че е било във въздуха преди четири милиарда години, би направило дъждовните капки по-кисели. Д-р Агравал и колегите му откриха, че все още могат да образуват стабилни РНК капчици с вода, кисела като оцет.

Нийл Деварадж, химически биолог от Калифорнийския университет в Сан Диего, който не е участвал в новото проучване, каза, че то може да хвърли светлина върху произхода на живота, тъй като изследователите не трябва да правят толкова много, за да направят стабилен РНК капчици: просто смесете и разклатете.

„Това е нещо, което можете да си представите да се случи на ранната Земя“, каза той. „Простото е добре, когато мислите за тези въпроси.“

На снимката се виждат как капчици, съдържащи РНК, плуват във водата, като всеки цвят се произвежда от различен вид РНК.