Життя на Землі могло виникнути двічі: нові докази від біохіміків

Дослідники з Інституту молекулярної еволюції при Університеті Генріха Гейне (Дюссельдорф) опублікували в Science Advances роботу, яка перевертає класичну картину походження життя. Вони проаналізували повну мережу з 420 хімічних реакцій, які клітини використовують для синтезу амінокислот, основ РНК та вітамінів із простих речовин — водню, аміаку та CO₂.

Головний результат: ферменти, які каталізують ці реакції, не збігаються у бактерій та архей. Останній спільний предок усіх клітин (LUCA) мав ферменти лише для половини реакцій. Другу половину каталізували метали з гідротермальних джерел. Тобто ранній метаболізм значно більше залежав від довкілля, ніж сучасний.

Команда реконструювала чотири стадії еволюції біокаталізу:

1. Реакції повністю за рахунок металів.
2. У LUCA — метали та ферменти працюють разом.
3. Бактерії та археї розходяться еволюційними шляхами.
4. У кожній лінії нові ферменти поступово замінюють неорганічні каталізатори.

Ключове спостереження: предки бактерій і архей незалежно еволюціонували структурно різні ферменти для одних і тих самих метаболічних завдань. Це паралельні винаходи, які дозволили обом лініям відірватися від хімії вентилів і стати самостійними клітинами.

Окремо дослідники знайшли нове джерело енергії для раннього метаболізму. До появи АТФ клітини могли використовувати фосфіт (форма фосфору з гідротермальних джерел) у присутності паладію. Реакція дає фосфорилювання за ніч у воді — без ферментів та АТФ.

Для практики ветеринарної мікробіології це пояснює, чому сучасні бактерії та археї так сильно відрізняються за метаболічними шляхами, навіть виконуючи схожі функції. Це також важливо для розуміння стійкості мікроорганізмів до антибіотиків: різні ферменти можуть виконувати однакову роботу, тому інгібітори, ефективні проти одного ферменту, не діють на інший.

Автори підсумовують: бактерії та археї перейшли до вільного життя окремо. Генетичний код — один, але походження життя — два.