Открытие функционального пребиотического метаболизма обещает улучшить технологии улавливания углерода

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего определили условия для возникновения клеточного метаболизма на ранней Земле. Это проливает новый свет на происхождение самой жизни и фундаментальную природу биологической фиксации углерода.

Исследование, опубликованное 1 мая 2023 года в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), может быть использовано для разработки новых методов улавливания углерода (C1-carbon technologies) и создания экономичных биотехнологических систем с минимальным углеродным следом.

Истоки в гидротермальных источниках

Учёные исследовали возможность возникновения первых циклов фиксации углерода в среде щелочных гидротермальных источников на дне океана. Эти среды, богатые минералами, считаются благоприятными для образования сложных молекул и, возможно, сыграли ключевую роль в происхождении жизни.

В рамках метаболической парадигмы происхождения жизни предполагается, что ранние метаболические пути функционировали неферментативно, полагаясь только на неорганические катализаторы, источники энергии и простые источники углерода, доступные на ранней Земле.

Ключевые результаты исследования

• Показано, что первые циклы фиксации углерода могли работать только в узком диапазоне параметров. Это связано с ограничениями по энергозатратам и сложностью избирательного концентрирования органических продуктов этих циклов.
• Оба этих фактора были связаны с мембранным потенциалом. Это означает, что мембранный потенциал был так же важен для возникновения жизни в её истоке, как и для всех современных живых систем.
• Предложенные циклы являются самоподдерживающимися (могут работать автономно, используя ресурсы среды) и самоусиливающимися (укрепляются по мере прогрессирования).

Перспективы и дальнейшие шаги

Следующим шагом является экспериментальное воспроизведение подобных циклов фиксации углерода в лаборатории неферментативным путём, используя только неорганические катализаторы. Это приблизит научное сообщество к долгосрочной цели — созданию искусственной жизни в лаборатории, способной к дарвиновской эволюции.