Nova studija: Život na Zemlji mogao je nastati DVA PUTA

Da smo ovde danas — vi, ja ili bilo koje živo biće — rezultat je lanca izuzetnih slučajnosti koje sežu više od četiri milijarde godina unazad. Jedan od najvažnijih i najtežih koraka bio je prelaz od nežive hemije do prvih živih sistema. Nova studija objavljena u časopisu Science Advances predlaže smelu ideju: taj ključni prag mogao je biti pređen nezavisno u dve grane života — bakterijama i arheama.

Šta su istraživači pronašli

Tim naučnika analizirao je strukture proteina ključnih metaboličkih enzima u genomima bakterija i arhea i razvio algoritam koji ih rangira po složenosti i hronologiji pojave. Na osnovu te analize zaključili su da je poslednji univerzalni predak ćelija (LUCA) posedovao enzime za otprilike polovinu poznate rane metaboličke mreže, dok je druga polovina mogla biti katalizovana anorganskim metalima u okolini.

YouTube Thumbnail

"Iznenađenje je u tome što enzimi koji katalizuju te reakcije nisu očuvani preko evolutivne podele koja deli bakterije i arhee," kaže William Martin (Heinrich Heine University Düsseldorf).

Istraživači identifikuju četiri faze u razvoju katalize: (1) početna, u kojoj su reakcije pokretali metali iz okoline; (2) faza u kojoj proto-ćelije počinju da razvijaju sopstvene enzime koji nadomeštaju neke metalne katalizatore; (3) dalji razvoj enzimskih sistema i smanjenje zavisnosti od spoljne katalize; i (4) konačna faza potpune enzimske kontrolе metabolizma — stanje slobodno-živećih ćelija.

Nezavisna rešenja istog problema

Prema autorima, bakterije i arhee su se već razdvojile pre nego što su dostigle punu enzimsku autonomiju. Svaka grana izgleda da je razvila strukturno različite enzime koji obavljaju iste esencijalne reakcije — primer paralelne evolutionarne 'inovacije'.

Starting compounds are shown at the left; they are converted by metabolism into the building blocks of life. The 420 enzymatic reactions are indicated as circles, and chemical metabolites as diamonds; lines connect reactions that share metabolites. Circles shown in magenta shading indicate reactions that could have been catalyzed by inorganic compounds in the environment where metabolism of the first cells arose. (HHU/Nadja Hoffmann)

"Vidimo slučajeve gde su preci bakterija i arhea nezavisno razvili strukturno različite enzime za istu metaboličku funkciju," kaže Natalia Mrnjavac.

Fosfit kao moguća prebiotička alternativa ATP‑u

Aktuelna studija takođe predlaže praktično rešenje za energetsku zagonetku: fosfit — oblik fosfora prisutan u hidrotermalnim ventilima — može podstaći fosforilacione reakcije u vodi bez ATP‑a i enzima. Laboratorijski eksperimenti sugerišu da fosfit, uz upotrebu metala poput paladijuma, može obaviti reakcije koje su prethodno smatrane zavisnim od ATP‑a.

Autorica Manon Schlikker ističe: "Fosfit i paladijum zamenjuju ATP i enzime; to olakšava razumevanje rane evolucije." Ovaj rezultat je intrigantan, ali zahteva dalje potvrde u različitim uslovima prebiotske hemije.

Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter

Šta to znači za 'stablo života'?

Ako se ovi zaključci potvrde dodatnim istraživanjima, naš pogled na poreklo života mogao bi se promeniti: umesto jednog debla iz kojeg sve potiče, možda su postojala dva nezavisna "debla" koja su se razvila od sličnih hemijskih početaka. To ne znači da genetski kod ima više porekla — autori govore o jednom poreklu genetskog koda, ali o dva nezavisna pojavljivanja slobodno-živećih ćelija.

Ograničenja i otvorena pitanja

Iako su rezultati fascinantni, ostaju otvorena pitanja: u kakvom je medijumu nastao prvi život (voda ili viskozni spoj), koliko su univerzalni ovi mehanizmi u različitim prebiotskim okruženjima, i koja je uloga drugih faktora (koenzima, fosfata, ciklusa ugljenika)? Autori naglašavaju da je njihova analiza model zasnovan na dostupnim genomima i strukturnim podacima, te da su potrebna eksperimentička i geohemijska potkrepljenja.

Studija: objavljeno u Science Advances. (Izvor i adaptacija iz ScienceAlert i originalnog istraživačkog rada.)