Животът на Земята изглежда като верига от невероятни случайности, простираща се на 4 млрд. години назад. Науката все още не знае как от неживия „бульон“ от молекули изведнъж се е появило това, което можем да наречем живот. Авторите на ново проучване предлагат неочакван отговор: този преход не се е случил веднъж, а два пъти. Двата основни клона на живота — бактериите и археите — са могли независимо един от друг да развият метаболизъм, преминавайки от състоянието на неживи протоклетки към състоянието на свободно живеещи организми.
Да се определи какво е животът не е толкова лесно, колкото изглежда. Вирусите могат да се размножават и да реагират на околната среда, но обикновено не се считат за живи. Ключовата разлика е метаболизмът, тоест способността самостоятелно да се произвеждат химични вещества, необходими за поддържането на собствените функции. Метаболизмът изисква ензими — протеини-катализатори, които ускоряват химичните реакции. Но самите ензими се произвеждат в резултат на химични реакции. Как тогава първите организми са започнали да се метаболизират без ензими?
Отговорът е — подходящата среда. Смята се, че животът е възникнал в екстремно активни среди, например в хидротермалните извори на дъното на океана. Там в изобилие се срещат метали (желязо, никел, кобалт, паладий), които могат да служат като естествени катализатори за реакции, превръщащи водородa, въглеродния диоксид, амоняка и фосфатите в по-сложни органични молекули.
По този начин първите стъпки на метаболизма са могли да се осъществят без ферменти — металите са вършили цялата работа вместо тях.
Анализът на германските учениЕкип от учени от Университета „Хенрих Хайне“ (Германия) анализира структурите на ферментите в геномите на бактериите и археите и изготви еволюционна последователност. Те разграничиха четири етапа. На първия етап всички реакции са били катализирани единствено от метали от околната среда. С натрупването на полезни молекули, протоклетките (включително последният общ предшественик на всички клетки — LUCA) са започнали да произвеждат свои собствени ензими, постепенно замествайки металите. На последния, четвърти етап, протоклетката напълно се е освободила от външни катализатори и е станала свободно живееща клетка. И — ключовият момент — този финален етап е настъпил независимо при бактериите и при археите.
Авторите на изследването подчертават: генетичният код при бактериите и археите има общ произход (това личи по структурата на ДНК и механизмите на транслация). Но ензимите, които катализират основните реакции на метаболизма, се оказаха напълно различни по структура. Това означава, че когато линията на бактериите и линията на археите са се разделили, всяка от тях самостоятелно е „изобретила” свой набор от ензими за решаване на едни и същи задачи.
Изследователите също така откриха алтернатива на АТФ — молекулата, която днес служи като универсално гориво за метаболизма, но самата тя се произвежда от ензими и не е съществувала в добиотичната химия. Оказа се, че фосфитът (форма на фосфора, срещаща се в хидротермалните извори) в комбинация с паладия може да предизвика реакции на фосфорилиране за една нощ във водна среда. Това е нов поглед върху това как е могъл да протича ранният метаболизъм без съвременните ензими и енергийни носители, пише Science Alert.
Ако заключенията се потвърдят, познатото ни „дърво на живота“ с един общ ствол и две клонки — бактериите и археите — може да се окаже невярно. Възможно е вместо един ствол да е имало два отделни, които са се разделили още при корените, още преди тези „дървета“ да станат живи в пълния смисъл на думата.