Двата огъня на първичния живот
Това откритие не ми дава мира от дни насам. Сериозно — не мога да престана да мисля за него.
Ето какво си представям. Преди около 4 милиарда години. Земята е враждебно място — без кислород, вулкани навсякъде, океани, които биха ни изглеждали напълно чужди. Сега си представете, че надничате в един горещ подводен източник и гледате първите опити на живот да се оформят.
Според ново проучване от университета в Дюселдорф, публикувано в Science Advances, това, което бихте видели, е наистина изненадващо: две напълно различни форми на клетки, появяващи се една до друга. Пионерски бактерии и пионерски археи — и двете правели своите първи стъпки към съществуване, и двете еволюирали от еднакви условия, но поели в коренно различни посоки.
Това прави нещата толкова интересни.
Мистерията с непълната колекция на Лука
Изследователите — екип от водещия биолог Наталия Mrnjavac — избраха невероятно амбициозен подход. Вместо да се фокусират само върху няколко метаболитни реакции, те разгледаха цялата мрежа от химични реакции, които съвременните клетки използват, за да създават основните градивни елементи на живота: аминокиселини, градивни елементи на РНК и витамини.
Това са 420 химични реакции. Всичките. Заедно те формират това, което наричаме метаболизъм — и тези реакции са толкова древни, че са запазени в целия живот на Земята — от най-простите бактерии до хората. Степента на консервация е наистина забележителна, сравнима дори с генетичния код.
Но ето къде става интересно. Ензимите, които катализират тези реакции? Те не са консервирани между бактерии и археи. Двете големи домейни на живота показват изненадващи разлики в молекулярните машини, които използват, за да изпълняват по същество еднакви биохимични задачи.
Тяхното ключово откритие: последният универсален общ прародител (LUCA) — хипотетичният организъм, дал начало на целия живот на Земята — е имал ензими за около половината от тези метаболитни реакции. Другата половина? Те са били катализирани от метали, естествено присъстващи в средата, в която е живял Лука.
Това означава, че ранният метаболизъм е бил странна хибридна система. Частично ензимен, частично无机ни катализатори в горещите подводни източници. Невероятно, нали?
Когато бактериите и археите поемат по различни пътища
Докато изследователите проследяват еволюцията на тези ензими назад във времето, те идентифицират четири различни етапа в развитието на биологичната катализа:
- Реакции, изцяло задвижвани от метали — не са нужни ензими
- Епохата на Лука, когато металите и ранните ензими работят заедно
- Голямото разделяне, когато бактериите и археите започват да се развиват отделно
- Независими иновации, когато всяка линия постепенно заменя Environmentalните катализатори със собствени нововъзникнали ензими
И това е наистина страхотната част: екипът откри примери, в които бактериите и археите изглежда са независимо изобрели различни ензими, за да изпълнят една и съща съществена метаболитна реакция. Представете си две отделни групи инженери, на които е даден един и същ проблем, и те стигат до напълно различни решения — и двете работещи.
Тази паралелна еволюция може би е била ключът, отключил независимия клетъчен живот. Като са развивали собствени каталитични инструменти, тези примитивни организми са могли да станат по-малко зависими от конкретната химия на мястото, където са се родили — и накрая да станат достатъчно силни, за да оцелеят като наистина свободно живеещи клетки.
Какво означава това за произхода на живота
Винаги съм намирал въпроса за произхода на живота за почти плашещ в неговата сложност. Как стигаш от химическа супа до самовъзпроизвеждаща се клетка? Стандартната картина обикновено включва единичен произход — някаква щастлива комбинация от молекули, която се е сетила как да прави копия на себе си, а всичко останало се е разклонило оттам.
Но това проучване подсказва нещо различно. Може би животът е по-малко като една мълния и повече като... две искри, паднали близо една до друга, всяка хванала се и пораснала в свой собствен пламък.
Уилям Мартин, старшият изследовател в екипа, го каза така: „Колкото по-отблизо гледаме, толкова по-ясно виждаме, че ранната биохимическа еволюция е била хибрид от ензимни и метални катализатори."
Това е толкова красив начин да се опише. Животът не е възникнал изведнъж. Той се е появил постепенно, съвместно, с помощта на собствената химия на Земята.
По-голямата картина
Това, което намирам за най-забележително в това изследване, е как преосмисля нашето разбиране за това колко устойчив може да бъде животът. Ако животът може да възникне по множество независими пътища, дори от едни и същи начални условия, тогава може би Вселената е по-плодородна, отколкото понякога предполагаме.
Разбира се, все още не знаем точно как са се формирали тези първи клетки, нито защо точно две линии, а не една, три или десет. Наука, както винаги, повдига толкова много въпроси, колкото и отговори.
Но ето какво знам: живеем в изключително време за биологията. Инструментите, с които разполагаме сега — секвениране на геноми, структурна биология, изчислителна химия — ни позволяват да надничаме по-назад в биологичната си история от всякога.
И онова, което откриваме, е, че животът, в цялата му сложност, може би е дори по-устойчив и изобретателен, отколкото сме си представяли.
Четири милиарда години по-късно, тези древни пионери все още живеят във всяка клетка на всеки организъм на Земята. Ние буквално сме направени от потомците на онова, което може би са били две независими експеримента в това да си жив.
Това не е просто наука. Това е една от най-смирените и вдъхновяващи истории, които познавам.
Какво мислиш? Променя ли идеята за два произхода на живота начина, по който виждаме мястото си във Вселената? Бих се радвам да чуя мислите ти в коментарите!