Життя на Землі могло виникнути двічі: що каже нове дослідження

Довгий час вважалося, що все живе на Землі походить від єдиного предка — організму LUCA, який уже мав повний набір генетичних і метаболічних інструментів. Однак новий аналіз білкових структур, опублікований у журналі Science Advances, свідчить про інше.

Дослідницька група з Університету Генріха Гейне в Дюссельдорфі виявила, що LUCA мав ферменти лише для 166 метаболічних реакцій — це приблизно половина від необхідного для самостійного існування. Тобто спільний предок не був вільною клітиною в сучасному розумінні, а критично залежав від зовнішнього середовища, яке виконувало роль «зовнішнього метаболізму».

Після розділення гілок бактерій та архей кожна з них самостійно розвинула власні ферменти, щоб стати біологічно незалежною: бактерії «винайшли» 89 ферментів, археї — 38. Це дозволяє припустити, що лінії бактерій і архей перейшли до вільного існування окремо. Як зазначив біолог Вільям Мартін, лише вільноживучі клітини можна вважати живими, а LUCA фактично не був живою структурою.

Як LUCA міг існувати без повного набору ферментів? Відповідь — в екстремальних умовах гідротермальних джерел на дні океану. Науковці довели, що природні метали (залізо, кобальт, нікель, паладій) працювали як первісні каталізатори, прискорюючи хімічні реакції замість складних білків. У лабораторних умовах нікель і паладій дозволили провести фосфорилювання — процес передачі енергії, який зараз виконує молекула АТФ. У давнину цю роль міг відігравати простіший фосфіт із гірських порід.

Для батьків і студентів важливо розуміти: це відкриття змінює уявлення про «дерево життя». Замість одного стовбура ми бачимо дві окремі колони, що виросли з однієї «кореневої системи» — хімічного середовища гарячих джерел. Генетичний код бактерій та архей однаковий, але їхні системи обміну речовин мають різне походження. Це означає, що складні організми, включно з людиною, зобов'язані появою двом паралельним біологічним «винаходам». З часом органічні кофактори витіснили залежність від металів, дозволивши клітинам заселити всю планету.

Практичне значення дослідження — нові інструменти для пошуку життя на інших планетах, де металеві поверхні можуть виконувати роль перших біологічних лабораторій. Тож ця тема стане в пригоді тим, хто цікавиться астробіологією або планує пов'язати майбутню кар'єру з наукою.