Чи могла життя на Землі зародитися двічі? Дослідники зробили сенсаційне відкриття.

Довгий час домінувала думка, що все багатство біологічних видів на нашій планеті виникло від одного спільного предка, який успішно встановив свій метаболізм. Проте, нещодавнє значне дослідження, проведене німецькими вченими з Університету Генріха Гейне в Дюссельдорфі та опубліковане в журналі Science Advances, ставить під сумнів цей усталений погляд.

Досліджуючи базові хімічні реакції та структури метаболічних ферментів, науковці в галузі біології прийшли до висновку, що дві основні гілки клітинного життя — бактерії та археї — досягли незалежного розвитку у вільному існуванні. Це відкриття спонукає до перегляду традиційної концепції єдиного еволюційного "дерева життя" і ілюструє вражаючу адаптивність природи в процесі виникнення біологічних явищ, як зазначає ресурс sciencealert.com.

Загадка первісного метаболізму та парадокс ферментів

Одним із головних питань біології завжди залишалося те, як нежива матерія з первісного хімічного бульйону змогла перетворитися на складні органічні системи. Головна відмінність живих клітин від неживої природи чи вірусів - це наявність метаболізму, тобто сукупності хімічних реакцій для синтезу необхідних молекул та підтримки життєдіяльності.

Сучасні біохімічні процеси здійснюються за допомогою ферментів – специфічних білкових молекул. Однак виникає класичний парадокс: самі ці ферменти є результатом метаболічних процесів, що означає, що первісні протоклітини не могли використовувати їх на початкових етапах. Щоб вирішити це питання, науковці провели аналіз білкових структур основних ферментів у геномах бактерій і архей, створивши унікальний алгоритм для їх ранжування за рівнем складності та історією виникнення.

Гідротермальні джерела: первісні біохімічні лабораторії природи.

Відповідь на запитання стосовно появи первинних реакцій криється у впливі навколишнього середовища. Останній універсальний спільний предок усіх клітин (LUCA) з’явився в умовах, що характеризуються високою реактивністю, зокрема в підводних гідротермальних джерелах. Дослідження вказують на те, що LUCA мав ферменти лише для приблизно половини метаболічних процесів, які були йому необхідні.

Інша частина біохімічних процесів відбувалася без залучення білків; їх каталітичну роль виконували метали, які природно присутні в навколишньому середовищі. Сполуки, такі як водень, аміак, сірководень і вуглекислий газ, трансформувалися в амінокислоти та інші основні молекули завдяки неорганічним каталізаторам у гарячих мінеральних джерелах.

Чотири стадії розвитку та відокремлення життєвих шляхів.

Процес розвитку автономного метаболізму складався з чотирьох етапів. На початковому етапі протоклітини були цілком залежні від мінералів, що містилися в навколишньому середовищі. Проте з часом, коли корисні молекули почали накопичуватися, напівживі структури здобули здатність самостійно виробляти білки-ферменти, які поступово почали витісняти зовнішні металеві каталізатори.

Найзначнішим відкриттям науковців є те, що остаточний перехід до повноцінного вільноживучого життя стався вже після розділення ліній бактерій та архей. Предки цих двох груп незалежно розробили структурно різні ферменти для каталізу ідентичних біохімічних реакцій. В результаті, обидві лінії знайшли свої унікальні способи для вирішення однакових метаболічних завдань.

Альтернативна енергетика ранньої Землі

Дослідження також виявляє, яким чином первісні організми здобували енергію ще до виникнення молекули АТФ, що сьогодні є універсальним джерелом енергії для клітин, але потребує складних ферментативних процесів для свого утворення.

Дослідники виявили експериментально, що фосфіт — форма фосфору, яка часто зустрічається в гідротермальних джерелах — здатен, у поєднанні з металевими каталізаторами, такими як паладій, ініціювати реакції метаболічного фосфорилювання безпосередньо у воді. Це відкриття проливає світло на те, як ранні метаболічні процеси могли відбуватися в умовах пребіотичної Землі без наявності складних енергетичних молекул.

Оригінальне сприйняття еволюційної структури.

Отримані результати вимагають суттєвого переосмислення звичайної моделі еволюції. Раніше LUCA вважався єдиним предком, з якого походять усі відомі живі істоти.

Згідно з останніми дослідженнями, генетичний код дійсно має спільне походження, але метаболічна незалежність розвивалася паралельно. Це свідчить про те, що еволюційне дерево нашої планети насправді має два окремих стовбура, які розділилися в самому корені — ще до того, як протоклітини набули ознак сучасного життя.

OBOZ.UA повідомляв раніше, що вчені визначили рік, коли життя на Землі може зникнути.

Приєднуйтесь до каналів OBOZ.UA у Telegram та Viber, щоб завжди бути в центрі актуальних новин.