Ученые заявили, что жизнь на Земле могла возникнуть дважды

Группа исследователей из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне реконструировала древнейшую метаболическую сеть, общую для всех ныне живущих организмов. Они обнаружили, что ключевые ферменты у бактерий и архей развивались отдельно. Это указывает на то, что переход к свободноживущим клеткам произошел как минимум дважды.

Ученые предполагают, что бактерии и археи появились независимо друг от друга, эволюционировав из последнего универсального общего предка (LUCA), который сам не был полноценной клеткой и, согласно, авторам, не может считаться полноценным живым организмом. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Как вели исследование

Методология работы строится на сравнении генов, кодирующих метаболические ферменты, у современных бактерий и архей. Ученые выявили общий набор реакций, унаследованных от LUCA, но также обнаружили, что обе группы выработали уникальные белковые катализаторы для выполнения одних и тех же химических реакций. Это, по мнению авторов, свидетельствует о том, что реакция старше белков: сначала металлы и неорганические соединения служили катализаторами, а позднее эволюция привела к появлению специализированных белков, которые взяли на себя эти функции.

Особое внимание авторы уделили реакции фосфита с органическими молекулами, которая в присутствии палладия позволяла накапливать энергию в форме АДФ — предшественника универсального энергетического «аккумулятора» АТФ. Именно этот шаг, по их мнению, стал поворотным моментом: он связал геохимические процессы с биохимическими и объяснил, почему фосфор занял центральное место в клеточном метаболизме. Постепенно металлические катализаторы замещались более специализированными и эффективными ферментами — но в каждой из двух эволюционных линий это замещение шло независимо, разными путями.

Насколько убедительны выводы

Отсюда следует фундаментальный вывод: переход от химически активной, но еще не живой системы к полноценным свободноживущим клеткам произошел как минимум дважды. Бактерии и археи не являются потомками одной и той же первой клетки; они представляют собой две параллельные ветви, каждая из которых самостоятельно «изобрела» клеточную мембрану, механизмы деления и энергообеспечения, хотя и опиралась на единый метаболический каркас, доставшийся от LUCA.

Не все исследователи согласны с выводами авторов работы. Кристаллограф Хуан Фонтесилья-Кампс из Института структурной биологии (Франция) полагает, что LUCA мог обладать примитивной мембраной, состоящей из смеси липидов, характерных как для бактерий, так и для архей, что подразумевает единственный переход к клеточной жизни. Его поддерживает микробиолог Донато Джованнелли (Университет Неаполя), который называет работу «убедительной, но умозрительной» — по его мнению, мы никогда не сможем точно восстановить события, произошедшие три миллиарда лет назад.