Nauji tyrimai rodo, kad gyvybė Žemėje savo pradžioje galėjo pasukti dviem atskirais keliais. Lygindami genomus ir baltymų struktūras, mokslininkai nustatė, kad bakterijos ir archėjos galėjo spręsti ankstyvas medžiagų apykaitos problemas skirtingais fermentais. Tai rodo senovinį skilimą dar prieš susiformuojant sudėtingiems biologiniams tinklams. Ši idėja kelia platesnį klausimą apie tai, kaip prasidėjo gyvybė ir kodėl metalų turtinga aplinka galėjo būti svarbi ne vieną kartą.
Kaip gyvybė galėjo atsirasti du kartus
Naujas tyrimas suabejojo ilgai gyvavusia prielaida, kad gyvybė Žemėje kilo iš vienos kilmės. Lygindami genomus, baltymų struktūras ir pagrindines chemines reakcijas, mokslininkai aptiko ženklų, kad bakterijos ir archėjos galėjo atsirasti atskirai iš ankstesnio, bendro cheminio pasaulio.
Atrodo, kad abi linijos panašias metabolines problemas sprendė skirtingais fermentais, o tai rodo du nepriklausomus pradus, o ne vieną šakojimosi įvykį. Šis atradimas nekeičia universalaus genetinio kodo sampratos, tačiau leidžia manyti, kad ankstyvoji gyvybė Žemėje tikriausiai susiklostė du kartus, taip pateikdama platesnį požiūrį į tai, kaip gyvybė gali įsitvirtinti ir išlikti.
Kaip mokslininkai atkurė ankstyvosios gyvybės chemiją
Siekdami atkurti ankstyvosios gyvybės chemiją, tyrėjai nagrinėjo genomus, baltymų struktūras ir 420 reakcijų tinklą, kuris gamina pagrindinius statybinius elementus, tokius kaip aminorūgštys, RNR bazės ir vitaminai.
Jie lygino bakterijas ir archėjas, sekdami, kurie fermentai atliko kiekvieną žingsnį ir kur šios dvi linijos turėjo bendrus sprendimus arba jų neturėjo.
Šis modelis rodė senovinę metabolinę sistemą, kuri galėjo palaikyti bendrą ląstelės protėvį, tačiau taip pat atskleidė, kad daugelis katalizinių įrankių vėliau buvo nepriklausomai pakeisti.
Gyvybės metalais pagrįstas pirmasis etapas
Ta rekonstrukcija taip pat rodė ankstesnę chemiją prieš tai, kai perėmė fermentai, kai tikėtina, kad metalai prie hidroterminių angų skatino daugelį pirmųjų reakcijų.
Šiame metalo pirmumo etape paprasti junginiai galėjo būti pertvarkomi katalizinių paviršių ir metalo jonų, taip sumažinant visiškai susiformavusių baltymų poreikį.
Ši idėja padeda paaiškinti, kaip ankstyvoji medžiagų apykaita galėjo prasidėti atšiauriose, daug energijos turinčiose aplinkose, būdingose daugeliui pasaulių.
Vėliau fermentai būtų pagerinę greitį ir selektyvumą, tačiau ankstyviausia chemija galėjo priklausyti nuo mineralų pagalbos.
Ši sistema suteikia tyrėjams aiškesnį, labiau įtraukiantį gyvenimo pirmųjų veiksmingų žingsnių vaizdą.
Kodėl bakterijos ir archėjos išsiskyrė taip anksti
Kadangi ankstyviausios biocheminės sistemos greičiausiai buvo paremtos paprastomis metalų katalizuojamomis reakcijomis, bakterijos ir archėjos galėjo atsiskirti anksčiau, nei manyta iki šiol.
Analizė rodo, kad kiekviena linija vėliau esminę chemiją išsprendė naudodama skirtingus fermentus, o ne paveldėdama vieną bendrą įrankių rinkinį. Toks modelis rodo senovinį atsiskyrimą dar prieš tai, kai sudėtingi baltymų tinklai tapo įtvirtinti.
Šiame požiūryje abi grupės liko susietos per bazinę medžiagų apykaitą, tačiau jų kataliziniai sprendimai anksti išsiskyrė.
Skaitytojams, sekantiems ankstyviausias gyvybės šakas, šis atradimas suteikia aiškesnį pagrindą: gilus panašumas medžiagų apykaitos lygmeniu gali egzistuoti kartu su netikėtai ankstyvu evoliuciniu skilimu tarp šių dviejų prokariotinų domenų.
Ką tai reiškia ankstyvajai Žemės evoliucijai
Jei gyvybė iš tiesų atsirado dviem etapais arba per dvi nepriklausomai išsivysčiusias prokariotines linijas, ankstyvoji Žemės istorija tampa nebe vieno cheminio proveržio, o pasikartojančių biologinių inovacijų istorija.
Tai reikštų, kad primityvios aplinkos, ypač metalų turtingos hidroterminės sistemos, ne kartą sudarydavo sąlygas veikiančiai medžiagų apykaitai dar iki fermentams tampant dominuojantiems.
Tai taip pat leidžia manyti, kad daugelis esminių reakcijų galėjo vykti skirtingais keliais, o atskiros linijos galėjo lygiagrečiai išspręsti panašias problemas.
Mokslininkams tai praplečia gyvybės kilmės paieškas ir skatina įtraukesnį požiūrį į ankstyvąją Žemę kaip į aplinką, kurioje galėjo būti įmanomi keli pradžios taškai.
