Исследование показывает, что для превращения простых геохимических соединений в сложные молекулы жизни необходимо несколько биохимических реакций, которые могли быть утрачены в процессе эволюции.
Исследователи из Токийского и Калифорнийского технологических институтов попытались восстановить «забытую химию», которая могла объяснить происхождение жизни на Земле — переход от геологических «мертвых» молекул к живым организмам. Анализ показал, что достаточно нескольких реакций, которые были утеряны в процессе эволюции.
Нерешенный вопрос эволюции заключается в том, можно ли с помощью современной биохимии реконструировать путь от геохимических предшественников к распространенным молекулам в биосфере. Ранняя Земля богата простыми соединениями, такими как сероводород, аммиак и углекислый газ. Эти простые молекулы служили источником сырья для ранней жизни.
Чтобы смоделировать историю метаболизма, ученые использовали базу данных Киотской энциклопедии генов и геномов, в которой каталогизировано более 12 000 известных биохимических реакций. На основе этих реакций биохимики начали восстанавливать ступенчатое развитие метаболизма.
Когда исследователи запустили свою модель, они обнаружили, что из источников доступных на ранней Земле можно получить лишь несколько соединений. При этом некоторые важные элементы отсутствовали. Один из наиболее важных среди них — аденозинтрифосфат (АТФ).
АТФ — это ключевой элемент в обмене энергии в клетках живых организмов, необходимый для запуска реакций (например, построения белков), которые в противном случае не происходили бы в водной среде. Однако эта молекула обладает уникальным свойством: реакции, в которых образуется АТФ, сами требуют аналогичной энергетической подпитки. Другими словами, современные живые организмы не умеют производить АТФ без АТФ.
Анализируя это ограничение, исследователи обнаружили, что реактивная часть АТФ удивительно похожа на неорганическое соединение полифосфат. Анализ показал, что изменив всего восемь процессов, чтобы позволить реакциям, генерирующим АТФ, использовать полифосфат вместо АТФ, можно достичь почти всего современного основного метаболизма.
Возможно, мы никогда не узнаем точно, но наше исследование дало важные доказательства: только восемь новых реакций, напоминающих обычные биохимические реакции, необходимы, чтобы соединить геохимию и биохимию.
Харрисон Б. Смит, соавтор исследования
По словам ученых, возможно, историю эволюции никогда не получится восстановить точно, но исследование показывает, что даже исчезнувшие реакции можно открыть по подсказкам, оставшимся в современной биохимии. Эти исследования необходимы не только для изучения биологической истории Земли, но и для понимания условий, необходимых для зарождения жизни за пределами нашей планеты.
Читать далее:
Рыбак прикрепил GoPro к карасю, чтобы найти щук: посмотрите, что у него вышло
Спутниковые наблюдения подсказали, как египтяне могли построить пирамиды
«Звезда Смерти» в реальности: найдены черные дыры, которые целятся в планеты
На обложке: иллюстрация перехода Земли от мертвого геологического мира к обитаемой планете. Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center/Francis Reddy/NASA/ESA