Последний универсальный общий предок не был живым организмом

Представление о том, что все живые организмы на Земле произошли от одной клетки, может оказаться неверным. Международная группа исследователей из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне реконструировала древнейшую метаболическую сеть, общую для всех ныне живущих организмов. Их выводы, опубликованные в журнале Science Advances, ставят под сомнение сам статус последнего универсального общего предка. Учёные утверждают, что LUCA не был полноценным живым организмом.

Исследователи сравнили гены, кодирующие метаболические ферменты, у современных бактерий и архей. Они выявили общий набор реакций, унаследованных от LUCA, но также обнаружили, что обе группы выработали уникальные белковые катализаторы для выполнения одних и тех же химических реакций. Это означает, что реакция старше белков: сначала металлы и неорганические соединения служили катализаторами, и лишь позднее эволюция привела к появлению специализированных белков, которые взяли на себя эти функции.

Особое внимание авторы уделили реакции фосфита с органическими молекулами, которая в присутствии палладия позволяла накапливать энергию в форме АДФ — предшественника универсального энергетического «аккумулятора» АТФ. Именно этот шаг стал поворотным моментом: он связал геохимические процессы с биохимическими и объяснил, почему фосфор занял центральное место в клеточном метаболизме. Постепенно металлические катализаторы замещались более специализированными и эффективными ферментами — но в каждой из двух эволюционных линий это замещение шло независимо, разными путями.

Отсюда следует фундаментальный вывод: переход от химически активной, но ещё не живой системы к полноценным свободноживущим клеткам произошёл как минимум дважды. Бактерии и археи не являются потомками одной и той же первой клетки. Они представляют собой две параллельные ветви, каждая из которых самостоятельно «изобрела» клеточную мембрану, механизмы деления и энергообеспечения, хотя и опиралась на единый метаболический каркас, доставшийся от LUCA. Сам LUCA, по мнению авторов, не имел собственных мембран и зависел от внешней среды — он не был клеткой, а скорее химической системой, обладавшей метаболической активностью, но не способной к самостоятельному существованию.

Не все исследователи согласны с такими выводами. Кристаллограф Хуан Фонтесилья-Кампс из Института структурной биологии во Франции полагает, что LUCA мог обладать примитивной мембраной, состоящей из смеси липидов, характерных как для бактерий, так и для архей. Это подразумевает единственный переход к клеточной жизни. Его поддерживает микробиолог Донато Джованнелли из Университета Неаполя, который называет работу «убедительной, но умозрительной». По его мнению, мы никогда не сможем точно восстановить события, произошедшие три миллиарда лет назад.

Спор о природе LUCA — это спор о самом определении жизни. Если жизнь началась не как клетка, а как химическая система, то грань между живым и неживым становится размытой. И если бактерии и археи действительно возникли независимо друг от друга, то жизнь на Земле могла появиться не один, а как минимум два раза. Вопрос в том, сколько ещё раз она могла возникать и исчезать, прежде чем мы, люди, смогли задать этот вопрос.