Вчені припустили, що життя на Землі виникло двічі і незалежно одне від одного

Група дослідників з Інституту молекулярної еволюції Університету імені Генріха Гейне в Дюссельдорфі висунула нову гіпотезу про походження життя на Землі. Згідно з нею, перші вільноживучі клітини могли виникнути не один, а двічі: бактеріальна та архейна лінії незалежно одна від одної розвинули власні ферменти для забезпечення ключових метаболічних процесів.

Походження перших живих організмів досі залишається одним із найскладніших питань у науці. Поява життя потребувала цілого комплексу хімічних реакцій — основи обміну речовин, самопідтримуваних хімічних мереж і ферментативного каталізу. Однак на найраніших етапах існування Землі ферментів ще не було, тож перші метаболічні реакції мали відбуватися інакше.

Незважаючи на тривалі дискусії, вчені сходяться на тому, що найдавніший метаболізм являв собою складну мережу приблизно з 420 хімічних реакцій. Вона перетворювала водень, вуглекислий газ, аміак, сірководень і фосфати на амінокислоти, азотисті основи та кофактори — будівельні блоки майбутніх живих клітин. Припускається, що саме ця мережа стала основою для появи перших організмів.

Одним із центральних питань залишається метаболізм LUCA — останнього універсального спільного предка всіх сучасних клітинних організмів. Вченим вдалося виявити проміжні етапи формування найдавніших метаболічних систем і простежити походження ферментів, що з’явилися під час розділення еволюційних ліній бактерій і архей. Для аналізу дослідники використовували геноми, структури білків і дані про хімічні реакції найраніших мікроорганізмів.

Аналіз показав, що LUCA мав ферменти лише приблизно для половини з 420 основних метаболічних реакцій. Решту процесів, на думку дослідників, забезпечували природні метали з навколишнього середовища. Біолог Вільям Мартін, один із керівників дослідження, зазначив, що результати вперше дозволяють детально простежити перехід від спонтанних хімічних реакцій, що каталізувалися металами земної кори, до повноцінного ферментативного метаболізму.

Співавтор дослідження Джозеф Моран з Оттавського університету вважає, що рання біохімічна еволюція являла собою гібридну систему, у якій одночасно використовувалися як ферменти, так і неорганічні металеві каталізатори. Дослідники виділили чотири послідовні етапи розвитку каталітичних механізмів: від суто металевого каталізу через гібридну систему до незалежного формування власних ферментів у бактерій і архей. Саме на цьому останньому етапі обидві лінії самостійно виробили механізми, що дозволили їм існувати як вільноживучі клітини.

Щодо джерела енергії для найдавнішого метаболізму, дослідники пропонують розглядати фосфіт — природну форму фосфору, що зустрічається в гідротермальних системах, — у поєднанні з металами перехідної групи. У лабораторних експериментах така комбінація забезпечувала реакції фосфорилювання органічних сполук усього за одну ніч, замінюючи функції АТФ і ферментів. Автори підкреслюють: загальний генетичний код виник один раз, але оскільки саме вільноживучі клітини можна вважати повноцінним життям, йдеться про два незалежних випадки його виникнення. Гіпотеза потребує подальшої перевірки, адже стосується однієї з найфундаментальніших проблем біології.