Жизнь на Земле возникла дважды, показало исследование

Жизнь на Земле возникла не один, а два раза. Две основные ветви жизни — бактерии и археи — независимо друг от друга прошли путь от неживого состояния к живому, выработав собственные механизмы метаболизма. Учёные из Генриха Гейне Университета Дюссельдорфа проанализировали структуры ферментов в геномах бактерий и архей и обнаружили, что их ключевые метаболические ферменты не являются общими для обеих групп.

«Новые данные оставляют только один вывод. Бактериальная и архейная линии перешли к свободноживущему состоянию независимо друг от друга. Только свободноживущие клетки считаются живыми. Давайте назовём это своим именем: у нас есть одно происхождение генетического кода, но два происхождения жизни», — заявил биолог Уильям Мартин.

Метаболизм — совокупность химических реакций, с помощью которых организмы производят молекулы, необходимые для их функционирования, — универсален для всех организмов и отсутствует у вирусов. Ферменты — белки-катализаторы этих реакций — сами являются продуктами химических реакций. Первые формы жизни начали метаболизировать вещества без помощи других ферментов, используя окружающую среду. Первая жизнь возникла в гидротермальных источниках, где металлы выступали первыми катализаторами, превращая водород, аммиак и углекислый газ в другие молекулы.

Исследователи разработали метод, позволивший упорядочить ферменты по сложности и определить последовательность их эволюции. Последний универсальный общий предок всех клеток обладал ферментами только для половины реакций метаболизма. Остальную половину катализировали металлы в окружающей среде.

Существовало четыре этапа развития ферментов. На первом реакции катализировались исключительно металлами. По мере накопления полезных молекул протоклетки начали вырабатывать собственные ферменты, постепенно уменьшая зависимость от внешних металлов, пока она не исчезла полностью. Только тогда они стали свободноживущими клетками. Этот переход произошёл уже после того, как бактерии и археи разделились. Две ветви независимо нашли свои способы решения одних и тех же задач.

«Мы видим случаи, когда предки бактерий и архей независимо развили структурно различные ферменты для катализа одной и той же основной метаболической реакции. Такие параллельные изобретения могли проложить путь к независимому появлению свободноживущих бактерий и архей», — пояснила биолог Наталья Мрнявац.

Исследование также решает проблему происхождения АТФ — молекулы, которая сейчас является источником энергии для метаболизма, но производится ферментами и не была доступна в добиотической химии. Учёные нашли альтернативу. «Когда мы реагируем фосфит — форму фосфора, которая естественным образом встречается в гидротермальных источниках — с органическими соединениями, мы получаем реакции метаболического фосфорилирования в воде за ночь. Фосфит и палладий заменяют АТФ и ферменты. Это удивительно и делает раннюю эволюцию гораздо более понятной», — заявила Маннон Шликкер.

Древо жизни, как его представляют, требует пересмотра. LUCA обычно считают стволом, от которого ответвляются все формы жизни. Но существовало два совершенно отдельных ствола, разошедшихся у корней, ещё до того, как стали технически живыми. Жизнь на Земле возникла дважды, и эти две ветви развивались независимо. Вопрос в том, насколько уникальным или распространённым явлением во Вселенной является жизнь, если на одной планете она смогла возникнуть как минимум дважды.