Вопрос о том, состояли ли мембраны протоклеток из жирных кислот, далек от ясного ответа, и на то есть две основные причины. Во-первых, как мы уже отмечали, пока нет четкой картины того, как жирные кислоты могли синтезироваться на молодой Земле в достаточной концентрации, чтобы из них создавались мембраны протоклеток. Пока что мы можем лишь списать это на недостаток соответствующих исследований и выразить надежду, что решение будет найдено в ближайшем будущем. Во-вторых, беда в том, что между мембранами из жирных кислот и механизмами копирования РНК, по-видимому, есть фундаментальная несовместимость. Она возникает потому, что мембраны из жирных кислот очень чувствительны к присутствию ионов распространенных металлов, таких как кальций и магний. Даже относительно низкая концентрация таких ионов разрушает мембраны из жирных кислот, а между тем кальций и магний присутствуют во многих природных средах. С другой стороны, репликация РНК требует таких ионов (как правило, магния), которые катализируют синтез РНК. Эта головоломка – очередное белое пятно на нашей картине происхождения жизни. К счастью, есть несколько разных потенциальных способов решить эту проблему совместимости мембраны и химических свойств РНК. Поиски предбиологически реалистичного решения этой загадки выходят за рамки вопроса, ответ на который мы обсуждаем в настоящий момент; некоторые варианты решения мы обсудим чуть дальше в этой главе.

Бесспорно, отсутствие удовлетворительного пути синтеза жирных кислот и очевидная несовместимость мембран из жирных кислот с химическими реакциями при копировании РНК заставляют задуматься, не следует ли нам отказаться от гипотезы, что у протоклеток была мембрана. Иначе говоря, не будет ли проще представить себе протоклетку безо всякой мембраны? Это очень старая идея, и советский биохимик Александр Опарин еще около ста лет назад высказал предположение, что основой первых живых клеток были агрегаты под названием коацерваты. Коацерваты – это агрегаты полимеров, как правило, положительно заряженного полимера (скажем, короткой цепочки аминокислот, богатой аргинином) и отрицательно заряженного полимера, скажем, РНК. Противоположно заряженные полимеры электростатически притягивают друг друга и могут образовывать капли наподобие жидкости, которые спонтанно возникают в воде. Эти капли выглядят как клетки, более того, способны легко вбирать в себя молекулы из окружающей среды и выпускать их обратно. Однако, как бы ни были коацерваты интересны своей химической простотой, с ними возникает две большие сложности. Во-первых, капли склонны сливаться, образуя все более крупные структуры, вместо того чтобы сохранять свою независимость, подобающую клеткам. Во-вторых, молекулы РНК в каплях коацерватов, как правило, быстро переходят из одной капли в другую. Такой обмен, в сущности, перечеркивает возможность образовывать отдельные отсеки наподобие клеток, поскольку ни одна капля не смогла бы сохранять (по крайней мере, надолго) ту индивидуальность, которую обеспечивает наличие определенного набора последовательностей РНК. Несмотря на эти проблемы, коацерваты активно изучаются, и, вероятно, мы еще обнаружим, что они играли свою роль в примитивных клетках, пусть даже и не заменяли их полностью.

Другая любопытная альтернативная гипотеза первоначальной пространственной организации живой материи состоит в том, что жизнь зародилась в виде самовоспроизводящихся молекул РНК, колонизировавших поверхность минеральных частиц. Такая модель предполагает, что каталитически активные РНК прикреплялись к поверхности минералов и по мере репликации расползались по ней. Конечно, минеральные частицы не росли и не делились наподобие клеток: по этой модели, РНК иногда перепрыгивали на другие частицы, колонизировали их, распространялись и эволюционировали. Эта модель на первый взгляд привлекательна благодаря своей очевидной простоте. К тому же молекулы, прикрепленные к поверхности, легко могли получить питательные вещества из раствора, а эксперименты показали, что активированные нуклеотиды способны полимеризоваться на поверхности частичек глины. Однако, по-видимому, форма молекул РНК, прикрепленных к поверхности минералов, искажается под воздействием тех самых сил, которые позволяют им крепиться к этой поверхности. Такая деформация препятствует репликации и к тому же не позволяет РНК сворачиваться в функциональные трехмерные структуры.

Хотя у каждой модели первичного обособления есть свои недостатки и ни одна из них не поддерживается в полной мере и теорией, и экспериментами, мы в дальнейшем будем подробно разбирать модель мембраны по двум причинам. Во-первых, она проверена экспериментально гораздо лучше, чем все другие варианты, а во-вторых, модель мембраны как основы обособленной протоклетки дает прямую непрерывную связь с современным устройством живой материи. Все альтернативные формы первоначальной структуры требуют, чтобы в какой-то момент произошел резкий переход к мембранной системе, а это было бы трудно, если бы функциональная РНК была адаптирована к совершенно другим условиям.