Определить жизнь не так просто, как кажется. Вирусы могут размножаться и реагировать на среду, но обычно их не считают живыми. Ключевое отличие — метаболизм, то есть способность самостоятельно вырабатывать химические вещества, необходимые для поддержания своих функций. Метаболизм требует ферментов — белков-катализаторов, которые ускоряют химические реакции. Но ферменты сами производятся в результате химических реакций. Как же первые организмы начали метаболизировать без ферментов?
Ответ — подходящая среда. Считается, что жизнь зародилась в экстремально активных средах, например, в гидротермальных источниках на дне океана. Там в изобилии встречаются металлы (железо, никель, кобальт, палладий), которые могут служить естественными катализаторами для реакций, превращающих водород, углекислый газ, аммиак и фосфаты в более сложные органические молекулы.
Таким образом, первые шаги метаболизма могли обходиться без ферментов — металлы делали всю работу за них.
Команда ученых из Университета Генриха Гейне (Германия) проанализировали структуры ферментов в геномах бактерий и архей и построила эволюционную последовательность. Они выделили четыре этапа. На первом этапе все реакции катализировались только металлами из окружающей среды. По мере накопления полезных молекул протоклетки (включая последнего общего предка всех клеток — LUCA) начали вырабатывать собственные ферменты, постепенно заменяя металлы. На последнем, четвертом этапе, протоклетка полностью освободилась от внешних катализаторов и стала свободноживущей клеткой. И — ключевой момент — этот финальный этап произошел у бактерий и у архей независимо.
Авторы исследования подчеркивают: генетический код у бактерий и архей имеет общее происхождение (это видно по структуре ДНК и механизмам трансляции). Но ферменты, которые катализируют базовые реакции метаболизма, у них оказались совершенно разными по структуре. Это значит, что когда линия бактерий и линия архей разделились, каждая из них самостоятельно «изобрела» свой набор ферментов для решения одних и тех же задач.
Исследователи также нашли альтернативу АТФ — молекулы, которая сейчас служит универсальным топливом для метаболизма, но сама производится ферментами и не существовала в добиотической химии. Оказалось, что фосфит (форма фосфора, встречающаяся в гидротермальных источниках) в сочетании с палладием может вызывать реакции фосфорилирования за одну ночь в водной среде. Это новый взгляд на то, как мог происходить ранний метаболизм без современных ферментов и энергоносителей, пишет Science Alert.
Если выводы подтвердятся, наше привычное древо жизни с одним общим стволом и двумя ветвями — бактерии и археи — может оказаться неверным. Возможно, вместо одного ствола было два отдельных, которые разошлись у самых корней, еще до того, как эти «деревья» стали живыми в полном смысле слова.
Астрономы из Германии обнаружили в межзвездном пространстве самую крупную на сегодня молекулу, в составе которой есть сера. Эта находка была сделана в массивном молекулярном облаке, расположенном вблизи центра Млечного Пути, примерно в 27 000 световых лет от Земли. Открытие имеет важное научное значение, поскольку заполняет давний пробел в астрохимии и подкрепляет гипотезу формирования ингредиентов для жизни задолго до появления звезд и планет.
