Происхождение жизни на Земле долгое время было тайной, которая ускользала от ученых. Ключевой вопрос заключается в том, какая часть истории жизни на Земле затеряна во времени
Ученые раскрыли тайну происхождения жизни на Земле Фото сгенерировано с помощью chatgpt.com
Довольно распространенной является ситуация, когда один вид «исчезает» в результате биохимической реакции, и если это происходит с достаточным количеством видов, то такие реакции могут быть фактически «забыты» жизнью на Земле.
Но если история биохимии изобилует забытыми реакциями, можно ли как-то о них узнать? Этот вопрос вдохновил исследователей из Института наук о Земле и жизни (ELSI) Токийского технологического института и Калифорнийского технологического института (CalTech) в США. Они предположили, что забытая химия может появиться в виде перерывов или «разрывов» на пути химии от простых геохимических молекул к сложным биологическим молекулам.
Ранняя Земля была богата простыми соединениями, такими как сероводород, аммиак и углекислый газ — молекулы, которые обычно не ассоциируются с поддержанием жизни. Но миллиарды лет назад ранняя жизнь полагалась на эти простые молекулы как на источник сырья. С развитием жизни биохимические процессы постепенно превратили этих предшественников в соединения, которые встречаются и сегодня. Эти процессы представляют собой древнейшие метаболические пути.
Чтобы смоделировать историю биохимии, исследователям необходимо было составить перечень всех известных биохимических реакций.
Они обратились к базе данных Киотской энциклопедии генов и геномов, которая содержит более 12 000 биохимических реакций. Имея на руках реакции, они начали моделировать поэтапное развитие метаболизма.
Предыдущие попытки смоделировать эволюцию метаболизма таким образом постоянно терпели неудачу, поскольку не удавалось создать самые распространенные, самые сложные молекулы, используемые в современной жизни. Однако причина была не совсем понятна. По-прежнему, когда исследователи запустили свою модель, они обнаружили, что только несколько соединений могут быть произведены.
Интересное по теме: Ученые создали гибкие солнечные батареи, не требующие зарядки
Один из способов обойти эту проблему — подтолкнуть химический процесс, который остановился, вручную введя современные соединения. Исследователи выбрали другой подход: они хотели определить, сколько реакций не хватает. И эта охота привела их к одной из важнейших молекул во всей биохимии: аденозинтрифосфату (АТФ).
АТФ — является энергетической валютой клетки, поскольку он может быть использован для протекания реакций, таких как построение белков, которые в противном случае не могли бы происходить в воде. Однако АТФ обладает уникальным свойством: реакции, которые образуют АТФ, сами нуждаются в АТФ. Другими словами, если АТФ уже не присутствует, для современной жизни нет другого способа производить АТФ. Эта циклическая зависимость была причиной остановки модели.
Оказывается, реакционноспособная часть АТФ удивительно похожа на неорганическое соединение полифосфат. Позволив реакциям, генерирующим АТФ, использовать полифосфат вместо АТФ — модифицировав всего восемь реакций — можно было бы достичь почти всего современного метаболизма клетки. После этого исследователи могли бы оценить относительный возраст всех распространенных метаболитов и поставить острые вопросы об истории метаболических путей.
Один из таких вопросов заключается в том, были ли биологические пути построены линейно — когда одна реакция за другой добавляются последовательно — или реакции путей возникли как мозаика, в которой реакции очень разного возраста объединяются вместе, чтобы сформировать что-то новое. Исследователи смогли количественно оценить это, обнаружив, что оба типа путей почти одинаково распространены во всем метаболизме.
Но возвращаясь к вопросу, который вдохновил исследование — сколько биохимии потеряно со временем?
«Возможно, мы никогда не узнаем точно, но наше исследование дало важное доказательство: всего восемь новых реакций, которые напоминают обычные биохимические реакции, необходимы для соединения геохимии и биохимии, — говорит исследователь Гаррисон Смит. — Это не доказывает, что пространство недостающей биохимии невелико, но показывает, что даже реакции, которые вымерли, могут быть заново открыты с помощью подсказок, оставленных современной биохимией».
Ознакомьтесь с другими популярными материалами:
Ученые открыли пригодную для жизни планету недалеко от Земли
Каким будет взрыв ядерной бомбы в космосе — ученые
Ученые создали «искусственное Солнце» с бесконечной термоядерной энергией
По материалам: phys.org.
