Ученые утверждают, что жизнь на Земле могла возникнуть дважды

Команда исследователей из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне реконструировала старейшую метаболическую сеть, общую для всех живых организмов. Они обнаружили, что ключевые ферменты бактерий и архей развивались отдельно. Это указывает на то, что переход к свободноживущим клеткам произошел как минимум дважды.

Как проводилось исследование

Методология работы основана на сравнении генов, кодирующих метаболические ферменты у современных бактерий и архей. Ученые определили общий набор реакций, унаследованных от LUCA, но также обнаружили, что обе группы разработали уникальные белковые катализаторы для проведения одних и тех же химических реакций. Это, по мнению авторов, указывает на то, что реакция старше белков: сначала катализаторами служили металлы и неорганические соединения, а позднее эволюция привела к появлению специализированных белков, взявших на себя эти функции.

Особое внимание авторы уделили реакции фосфита с органическими молекулами, которая в присутствии палладия позволила накопить энергию в виде АДФ – предшественника универсальной энергетической «батарейки» АТФ. Именно этот шаг, по их мнению, стал поворотным: он связал геохимические процессы с биохимическими и объяснил, почему фосфор занял центральное место в клеточном метаболизме. Постепенно металлические катализаторы были заменены более специализированными и эффективными ферментами – но в каждой из двух эволюционных линий эта замена протекала независимо, по-разному.

Насколько убедительны выводы?

Это приводит к фундаментальному выводу: переход от химически активной, но еще не живой системы к полноценным свободноживущим клеткам произошел как минимум дважды. Бактерии и археи не являются потомками одной и той же первой клетки; они представляют собой две параллельные ветви, каждая из которых независимо «изобрела» клеточную мембрану, механизмы деления и энергообеспечения, хотя опирались на единую метаболическую основу, унаследованную от LUCA.

Не все исследователи согласны с выводами авторов работы. Кристаллограф Хуан Фонтесилья-Кампс из Института структурной биологии (Франция) считает, что LUCA могла иметь примитивную мембрану, состоящую из смеси липидов, характерных как для бактерий, так и для архей, что предполагает однократный переход к клеточной жизни. Его поддерживает микробиолог Донато Джованнелли (Университет Неаполя), который называет работу «убедительной, но спекулятивной» — по его мнению, мы никогда не сможем точно реконструировать события, произошедшие три миллиарда лет назад.