Смята се, че животът на Земята се е появил от първичния бульон преди около четири милиарда години. Сега едно провокативно ново проучване твърди, че този чудотворен преход от химия към биология се е случил не веднъж, а два пъти.
Бактериите и археите, първите два клона на дървото на живота, са се появили отделно, според проучването, публикувано в списание Science Advances. Последният им общ прародител, известен като LUCA (от „последен универсален общ прародител“ на целия живот), всъщност не е бил напълно жив – той е зависел от метали, отложени в хидротермални извори, за да управлява метаболизма си.
С течение на времето и с безброй химични комбинации, бактериите и археите, еволюирали от LUCA, са намерили начини да произвеждат свои собствени вътрешни ензими, които да катализират химичните реакции, необходими за живота, казва старшият автор на изследването Уилям Мартин, еволюционен биолог в университета „Хайнрих Хайне“ в Дюселдорф, Германия.
„Получаваме поглед към фазата на еволюция, в която тези много примитивни протоорганизми са изобретявали ензими, които са им позволявали да се отделят от земната кора и да се превърнат в свободно живеещи клетки“, казва Мартин.
Генетичните данни показват, че LUCA е съществувала преди около 4,2 милиарда години, по време на Хадейския еон, когато земната повърхност е била все още гореща. Само един набор от канадски скали може да се датира от този момент в историята на Земята, но произходът им е предмет на горещи дебати, а иначе геоложките доказателства са оскъдни. Най-старите безспорни примери за вкаменен живот, открити някога, са микробни подложки на 3,5 милиарда години, наречени строматолити, които трябва да са еволюирали от по-прости предци.
Някои изследователи твърдят, че LUCA е била сложна клетка с примитивна имунна система за защита срещу вируси. Но генетичните методи, които са използвали, могат да бъдат подвеждащи, когато човек погледне назад през повече от четири милиарда години еволюция, казва Мартин. Той и колегите му са използвали метаболитна леща, за да се съсредоточат върху това какви гени биха били необходими за превръщането на компонентите на ранната Земя, като водород, амоняк, въглероден диоксид, вода, сероводород и фосфат, в 20-те аминокиселини, пет естествени нуклеотидни бази и 20 кофактора, които поддържат клетките жизнеспособни. „Това са само 420 химични реакции“, казва Мартин.
Сравнявайки геноми, представляващи всички групи бактерии и археи, Мартин и колегите му са открили, че тези два клона на живота споделят общи гени за около половината от ензимите, необходими за тези основни реакции. Останалите са уникални или за бактериите, или за археите, което предполага, че тези две форми на живот „са преминали пътя към свободно живеещите клетки, поне отчасти, независимо“, казва Наталия Мърнявац, докторант в лабораторията на Мартин и водещ автор на статията.
С други думи, бактериите и археите не са се отделили по свои собствени пътища от LUCA. Вместо това LUCA би била клъстер от РНК, ДНК и ензими, които са били заседнали вътре в скалата в хидротермални отвори и са зависими от металите от тези отвори, за да произвеждат аминокиселини. Гени от различни клъстери биха могли да проникнат през скалите, което би довело до един вид еволюционен експеримент, който евентуално би могъл да доведе до живот, тъй като клъстерите са заменили процесите, катализирани от метали, със свои собствени ензимни.
Лабораторията на Мартин показа, че металите могат да заменят биологичните ензими в много основни метаболитни процеси, което подкрепя тезата. В новото проучване изследователите откриха, че паладият може да катализира ключова реакция от фосфит (изобилен в хидротермалните извори) до фосфат (решаващ за клетъчните процеси), която освобождава енергия и би могла да захранва LUCA.
„Идеята, че околната среда и геохимията могат да осигурят това, което биологията все още не е изобретила, е много правдоподобна“, казва Бетюл Качар, директор на астробиологичен център на НАСА и доцент в Университета на Уисконсин-Мадисън, която не е участвала в проучването. Но последният общ прародител на съвременния живот не е същото като произхода на живота, предупреждава тя. Как химията и геологията са предали щафетата на биологията, остава неизвестно. Ще са необходими допълнителни експерименти, за да се тестват идеите, повдигнати от това проучване.
„Биолозите имат трудна задача пред себе си“, казва тя. „Има много работа, която трябва да извършим, за да разберем природата на последния общ прародител и ролята на бактериите и археите.“
Автор: Стефани Папас, журналист на свободна практика, специализиран в областта на науката, базиран в Денвър, Колорадо
Източник: Scientific American
