Разгадывая происхождение жизни: пять ключевых прорывов последних пяти лет
Происхождение жизни на Земле остаётся загадкой. Современные исследования пытаются воссоздать в лаборатории химические реакции, которые привели к возникновению жизни, в условиях, соответствующих ранней Земле (около 4 млрд лет назад). Существуют противоречивые теории: одни учёные считают, что жизнь зародилась в глубоководных гидротермальных источниках, другие — в наземных горячих источниках.
Вот пять наиболее значимых открытий последних лет.
Реакции в ранних клетках
Исследовательская группа из Германии изучила 402 реакции, создающие ключевые компоненты жизни, такие как нуклеотиды (строительные блоки ДНК и РНК). Эти реакции считаются частью основного метаболизма LUCA — последнего универсального общего предка.
Расчёты изменений свободной энергии показали, что многие из этих реакций могли протекать независимо от внешних источников энергии, таких как аденозинтрифосфат (ATP). Синтез фундаментальных "кирпичиков" жизни мог быть самоподдерживающимся.
Вулканическое стекло
Появление РНК на ранней Земле долго оставалось загадкой. В 2022 году команда учёных из США получила в лаборатории стабильные цепи РНК, пропуская нуклеотиды через вулканическое стекло. Полученные цепи были достаточно длинными, чтобы хранить и передавать информацию.
Вулканическое стекло было распространено на ранней Земле из-за частых ударов метеоритов и высокой вулканической активности. Такие породы могли катализировать химические реакции сборки нуклеотидов в цепи РНК.
Гидротермальные источники
Фиксация углерода — процесс, при котором CO2 приобретает электроны, — необходима для построения молекул, лежащих в основе жизни. В 2020 году исследователи показали, что эта реакция может спонтанно происходить в условиях, имитирующих щелочные гидротермальные источники на дне раннего океана. Донором электронов мог выступать H2.
Для эксперимента использовалась микрофлюидная технология, моделирующая условия источников. Этот путь удивительно похож на метаболизм многих современных бактериальных и архейных клеток.
Цикл Кребса
Учёные спорят, как протекали метаболические реакции до появления ферментов. В 2019 году команда из Страсбургского университета (Франция) совершила прорыв. Они показали, что двухвалентное железо (Fe2+), которого было много в коре и океане ранней Земли, может катализировать 9 из 11 стадий цикла Кребса — ключевого метаболического пути в живых клетках.
Здесь Fe2+ выступал донором электронов для фиксации углерода, что запускало каскад реакций. В результате были получены все пять универсальных метаболических предшественников — молекул, фундаментальных для всех живых организмов.
Строительные блоки древних клеточных мембран
Любые реакции не имели бы смысла без клеточной мембраны. Современные мембраны состоят в основном из фосфолипидов, образующих бислой.
Исследования показали, что компоненты фосфолипидов, такие как жирные кислоты, могут самособираться в такие мембраны. Недавняя работа учёных из Ньюкаслского университета (Великобритания) показала, как эти молекулы могли спонтанно образоваться на ранней Земле: при смешении богатых H2 флюидов (вероятно, из щелочных гидротермальных источников) и богатой CO2 воды раннего океана.
Это открытие согласуется с гипотезой о зарождении стабильных мембран из жирных кислот именно в гидротермальных источниках. Авторы предположили, что подобные реакции могут происходить в подповерхностных океанах ледяных лун, где также могут существовать гидротермальные источники.
Каждое из этих открытий добавляет новый элемент в пазл происхождения жизни. Противоречивые теории, по словам Чарльза Дарвина, подпитывают поиск истины, открывая путь к ней через опровержение ложных взглядов.