Радикальне дослідження припускає, що життя на Землі виникало двічі
Дослідження німецьких біологів перевертає уявлення про еволюцію. Вчені стверджують, що життя на Землі у сучасному розумінні виникало не один, а два рази, коли бактерії та археї незалежно одна від одної освоїли метаболізм і стали автономними.
Розділення біля витоків
Довгий час у науці панувала теорія про те, що все живе на планеті походить від єдиного предка, відомого як LUCA. Вважали, що цей організм уже мав повний набір генетичних і метаболічних інструментів. Проте аналіз білкових структур, опублікований у журналі Science Advances, малює іншу картину.
Дослідницька група з Університету Генріха Гейне в Дюссельдорфі виявила, що наш спільний предок мав ферменти лише для 166 метаболічних реакцій – це лише половина від необхідної кількості для самостійного існування.
Це означає, що LUCA не був вільноживучою клітиною в сучасному розумінні. Він критично залежав від зовнішнього середовища, яке виконувало роль "зовнішнього метаболізму". Лише після того, як гілки бактерій та архей розділилися, вони самостійно пройшли шлях до повної біологічної незалежності. Бактерії винайшли 89 власних ферментів, а археї – 38, щоб закрити прогалини в хімічних ланцюжках.
Нові дані дозволяють зробити лише один висновок. Лінії бактерій і архей перейшли до вільноживучого стану незалежно. Тільки вільноживучі клітини є живими,
– прокоментував біолог Вільям Мартін з Університету Генріха Гейне.
Тобто LUCA фактично не був живою структурою, а його наступники – бактерії та археї – вже були живими. Це й дозволяє зробити висновок, що з одного джерела, незалежно одне від одного, двічі виникло життя.
Яким чином LUCA існував без повного набору ферментів
Відповідь знайшли в екстремальних умовах гідротермальних джерел на дні океану. Науковці довели, що природні метали – залізо, кобальт, нікель та паладій – працювали як первісні каталізатори. Вони прискорювали хімічні реакції, замінюючи складні білки, які ще не встигли еволюціонувати.
Дослідники вивчили мережу з понад 400 реакцій, які перетворюють водень, вуглекислий газ та аміак на амінокислоти й цукри. Виявилося, що метали можуть ефективно запускати ці процеси в звичайній воді за температури 20 – 100 градусів Цельсія. Зокрема, нікель і паладій дозволили вченим у лабораторії провести фосфорилювання – процес передачі енергії, який сьогодні в усіх клітинах виконує молекула АТФ. У давнину цю роль міг відігравати простіший фосфіт, що виділявся з гірських порід.
Ми бачимо випадки, коли предки бактерій і архей незалежно винайшли структурно різні ферменти для каталізу однієї і тієї ж основної метаболічної реакції,
– розповіла біолог Наталія Мрнявац.
Кінець епохи одного стовбура
Ці знахідки змушують біологів переглянути структуру "дерева життя". Замість одного масивного стовбура ми тепер бачимо дві окремі колони, які почали рости з однієї "кореневої системи" – хімічного середовища гарячих джерел. Попри те, що генетичний код у бактерій та архей однаковий, їхні системи обміну речовин мають різне походження.
Фактично, людство та всі інші складні організми завдячують своєю появою двом паралельним біологічним винаходам. Органічні кофактори з часом витіснили залежність від металів у земній корі, дозволивши клітинам покинути межі гідротермальних зон і заселити всю планету.
Це відкриття не лише прояснює минуле Землі, а й дає нові інструменти для пошуку життя на інших планетах, де металеві поверхні можуть виконувати роль перших біологічних лабораторій.