Если свести биологию живых существ на Земле к самым простым элементам, то будет видно, что организмы состоят из клеток, что они передают генетическую информацию через ДНК, что они используют ферменты белков для обмена веществ. И все эти черты появились на очень ранних этапах эволюционной истории. Понимание того, как возникли самые основные биологические системы, не только продвинет фундаментальную науку, но и даст ответы на вопросы, что такое жизнь и где искать ее за пределами Земли.

Обычно ответы на такие вопросы ученые ищут в лабораторных экспериментах, в которых они моделируют условия ранней Земли и изучают химические соединения, из которых могли бы получиться те же биомолекулы и метаболические реакции, которые мы видим в современных организмах. Эти «преобиотические» эксперименты действительно могут раскрыть разные варианты возникновения жизни, но не могут с достоверностью показать тот самый, единственный способ, которым возникло все живое на планете.

Другой подход позволяет применить методы эволюционной биологии, чтобы реконструировать ранние формы жизни на основании данных о современных формах. Однако и у него есть ограничения: он способен заглянуть в прошлое только настолько, насколько позволяют сохранившиеся в организмах гены.

Команда специалистов по астробиологии из Лаборатории реактивного движения NASA и их коллеги попытались методологически объединить два подхода, пишет Phys.org. Они утверждают, что сочетание лабораторных исследований вероятных путей развития жизни с эволюционной реконструкцией ранних форм может раскрыть загадку жизни на Земле.

В своей статье авторы описали один из центральных феноменов современной жизни, который можно изучать с двух сторон — цепи переноса электронов. Это часть метаболической системы, которая присутствует во всех организмах, от бактерий до людей. Она служит для выработки химической энергии. Существует множество типов цепей переноса электронов.

Несмотря на все различия, авторы привели доказательства наличия метаболической стратегии такого типа у самых ранних форм жизни и выявили несколько моделей древних цепей переноса электронов. С другой стороны, они нашли свидетельства существования химии, похожей на транспорт электронов, в минералах и водах первых земных океанов.

Вдохновленные этими открытиями, ученые разработали дальнейшие стратегии исследования самой ранней истории появления цепей переноса электронов, чтобы лучше понять обмен веществ в древних формах жизни и, в более широком аспекте, происхождение жизни.

С точки зрения биологии живое существо обладает способностью к размножению, росту, метаболизму, поглощению энергии, а также реагирует на окружающую среду. Для земной биологии это определение работает (хотя вопрос вирусов остается открытым), но жизнь за пределами нашей планеты может быть совсем иной. Как ее опознать, если она радикально отличается от земной биологии? Астробиолог из США и химик из Шотландии предложили свою теорию, которая будет испытана вместе с NASA на Титане.