Жизнь на Земле могла начаться с простых химических реакций, где роль биологических катализаторов играли обычные металлы. К такому выводу пришла международная команда исследователей, изучавшая истоки клеточного метаболизма. Работа проливает свет на то, как первые клетки создавали строительные блоки жизни и добывали энергию — еще до появления сложных молекул вроде АТФ (аденозинтрифосфата) и современных ферментов.
Металлы вместо ферментов: новая версия зарождения клеточного метаболизма
Ключ к разгадке ученые нашли в гидротермальных источниках: именно там, в богатой металлами среде, могли запускаться базовые биохимические процессы. Специалисты проанализировали набор из 420 реакций, составляющих древний метаболизм, и проследили, как постепенно неорганические катализаторы уступали место ферментам. Особое внимание уделили моменту разделения эволюционных линий бактерий и архей — оказалось, что обе группы независимо друг от друга выработали собственные ферменты для одних и тех же ключевых реакций.
Мы видим случаи, когда предки бактерий и архей независимо друг от друга развили структурно различные ферменты для катализа одной и той же важной метаболической реакции. Такие параллельные изобретения могли проложить путь к независимому появлению свободноживущих бактерий и архей
Важным открытием стало обнаружение альтернативного источника энергии для ранних реакций. Как пояснила Манон Шликкер из команды ученых из Дюссельдорфа, фосфит в сочетании с палладием способен запускать процессы фосфорилирования в водной среде, то есть фактически заменять функцию АТФ (аденозинтрифосфата). Это объясняет, как клетки могли получать энергию в условиях, где сложные энергоносители еще не существовали.
Для упорядочивания сложной сети реакций исследователи применили особый сетевой подход: эксперты Майк Стил и Дэниел Хьюсон разработали алгоритм, выстраивающий метаболические процессы от самых простых к более сложным. Такой метод позволил предположить реальный порядок возникновения реакций на заре жизни.
В итоге ученые реконструировали четыре фазы раннего катализа: от полностью неорганических процессов до постепенного замещения металлов ферментами и формирования самостоятельных клеточных линий. По словам Уильяма Мартина, старшего автора исследования, эти данные указывают на то, что свободноживущие клетки бактерий и архей возникли независимо — при этом имея общего предка, использовавшего лишь часть ферментативных реакций. Остальное обеспечивала сама среда.
Ранее Наука Mail рассказывала, что искусственные клетки показали, как формируются живые клетки.