Новое исследование в Science Advances заявляет: жизнь могла возникнуть не один, а два раза. Учёные из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе изучили, как бактерии и археи — два главных ствола жизни — перешли от неживого к живому. Вывод радикальный: они сделали это независимо друг от друга.
Главный вопрос — метаболизм. Именно сеть химических реакций, которая превращает молекулы в нужные клетке соединения, отличает живое от вирусов. Но здесь курица и яйцо: за метаболизм отвечают ферменты, а сами ферменты — продукт метаболизма. Как первые существа обошлись без них? Ответ — металлы. Считается, что жизнь зародилась в гидротермальных источниках, где природные металлы могли выступать первыми катализаторами, превращая водород, аммиак и CO2 в полезные молекулы.
Исследователи построили алгоритм, который упорядочил ферменты по сложности, и восстановили грубую хронологию. Выяснилось: у LUCA — последнего общего предка всех клеток — были ферменты только для половины реакций метаболизма. Остальное катализировали металлы из окружающей среды. Всего учёные выделили четыре фазы. Сначала работали только металлы. Потом протоклетки начали производить собственные ферменты, постепенно заменяя внешние катализаторы. И только после того как зависимость от металлов исчезла, клетки стали по-настоящему свободноживущими. Важно: это произошло уже после разделения бактерий и архей. Две ветви независимо решили одни и те же задачи — и даже изобрели структурно разные ферменты для одинаковых реакций.
Статья также закрывает пробел с ATP. Эта молекула — ключевой источник энергии, но её делают ферменты, которых в добиотической химии не было. Авторы нашли замену: фосфит и палладий. При реакции фосфита с органическими соединениями в воде за ночь идёт фосфорилирование — как в метаболизме. «Это удивительно и сильно упрощает понимание ранней эволюции», — говорит Манон Шликкер.
Правда, остаётся неясным, в какой среде шли реакции — в воде или в липком «бульоне». Если выводы подтвердятся, дерево жизни придётся перерисовать: возможно, у него два ствола, которые разошлись у корней, ещё до появления жизни.