Животът на Земята може да е направил решаващата крачка от нежива материя към самостоятелни клетки не веднъж, а два пъти. До тази необичайна хипотеза стига ново изследване, публикувано в Science Advances, което проследява ранната еволюция на метаболизма.
Според учените бактериите и археите вероятно са развили независимо част от механизмите, които са им позволили да се превърнат в свободно живеещи клетки. Ако резултатите бъдат потвърдени, представата за един-единствен „ствол“ в дървото на живота може да се наложи да бъде преразгледана.
Един генетичен код, но два пътя към живота
В центъра на изследването е метаболизмът – огромната мрежа от химични реакции, чрез която живите организми произвеждат необходимите им молекули и енергия.
Екипът на биолога Уилям Мартин от Университета „Хайнрих Хайне“ в Дюселдорф е сравнил структурите на ключови метаболитни ензими при бактерии и археи. Изненадата дошла, когато учените установили, че редица ензими, извършващи едни и същи жизненоважни реакции, са структурно различни при двата клона.
Според Мартин това означава, че част от механизмите не са били наследени от общ прародител, а са възникнали независимо след разделянето на бактериите и археите.
„Виждаме един произход на генетичния код, но два произхода на живота“, обобщава ученият.
Преди ензимите са работили металите
Голямата загадка е как изобщо е започнал метаболизмът. Днешните клетки разчитат на ензими, но самите ензими също са продукт на сложни биологични процеси.
Учените предполагат, че първите химични реакции са били задвижвани не от протеини, а от естествено срещащи се метали в силно реактивни среди като хидротермалните извори. Те са могли да превръщат водород, въглероден диоксид, амоняк и други вещества в градивни елементи на бъдещия живот.
Изследването разглежда мрежа от около 420 метаболитни реакции. Според анализа последният универсален общ прародител на клетките – известен като LUCA – вероятно е разполагал със собствени ензими само за около половината от тях. Останалите реакции може да са зависели от металите в околната среда.
LUCA може да не е бил напълно „жив“
Това води до най-провокативната част от хипотезата. Учените предполагат, че LUCA е представлявал по-скоро протоклетка, която все още е зависела от химията на заобикалящата я среда и не е можела да съществува напълно самостоятелно.
Постепенно тези ранни системи започнали да създават собствени ензими и да заменят металните катализатори. Процесът вероятно е преминал през няколко етапа, докато клетките вече не се нуждаели от специфичната химична среда около себе си.
Според екипа решаващото освобождаване от тази зависимост е станало след разделянето на бактериите и археите. Двата клона са решили един и същ биохимичен проблем по различни начини и независимо са достигнали до състоянието на свободно живеещи клетки.
Откриха и възможен предшественик на АТФ
Изследователите предлагат обяснение и за друга голяма загадка. Днешният живот използва АТФ като основна молекула за пренос на енергия, но тя също се произвежда с помощта на ензими и вероятно не е съществувала в самото начало.
При експерименти учените установили, че фосфит – форма на фосфора, срещаща се естествено около хидротермални извори – заедно с паладий може да предизвика във вода реакции, подобни на тези, които днес изискват АТФ и ензими.
Все още остава нерешен един от най-важните въпроси – каква точно е била средата, в която тези първи химични системи са се превърнали в клетки. Учените не знаят дали процесът се е развивал във вода, в минерални пори или в по-плътна органична среда.
