Найдена химическая реакция, которая могла запустить появление жизни на Земле
В начале истории Земли был критический момент, когда химические реакции смеси органических молекул начали подпитываться изнутри, образуя субстанцию, которую мы можем охарактеризовать, как первые биологические соединения.
Как выглядела эта первая метаболическая реакция, остаётся предметом споров. Она должна была быть достаточно простой, чтобы возникнуть из множества уже имеющихся компонентов, но при этом достаточно эффективной, чтобы служить катализатором изменений в окружающей среде.
Теперь группа исследователей из Ратгерского университета и Городского колледжа Нью-Йорка в США выявила белок, который, возможно, сыграл решающую роль в зарождении жизни — простой пептид, который они назвали никельбэк (nickelback). Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Известная канадская рок-группа тут ни при чём — это отсылка к основе белка, состоящего из цепочки аминокислот и двух атомов азота, соединенных с парой атомов никеля.
Это открытие может не только пролить свет на то, как зародилась жизнь на Земле, но и дать астрономам ещё одну подсказку для поисков жизни на других планетах, где эти важнейшие химические ингредиенты только начинают формироваться.
Изображение пептида nickelback, в котором атомы азота (синие) связывают два атома никеля (оранжевые).
«Учёные полагают, что где-то между 3,5 и 3,8 миллиардами лет назад произошел переломный момент, который положил начало переходу от пребиотической химии к живым, биологическим системам, — говорит биохимик и молекулярный биолог Викас Нанда из Ратгерского университета в Нью-Джерси. — Мы считаем, что изменения были вызваны несколькими небольшими белками-предшественниками, которые выполняли ключевые шаги в древней метаболической реакции. И мы думаем, что нашли один из этих пептидов-предшественников».
Чтобы прийти к окончательному проекту пептида, учёные начали с современных белков, которые обеспечивают метаболические процессы, имеющие решающее значение для многих биохимических реакций. Древние белки были намного проще, поэтому их разложили на самые простые составляющие.
В результате серии экспериментов никельбэк стал вероятным кандидатом на то, чтобы быть достаточно простым для образования на пребиотической Земле, но достаточно сложным, чтобы получать энергию из окружающей среды и что-то с ней делать. Он использует в общей сложности 13 аминокислот; эти молекулы часто называют «строительными блоками» для белков и самой жизни.
К этому каркасу могут присоединиться два атома никеля, которые отражают основную активность никель-железной группы в [NiFe] гидрогеназе и никель-никелевого кластера в ацетил-КоА синтазе — двух древних белков, которые и сегодня играют важную роль в метаболизме.
В первых океанах на нашей планете никель должен был быть распространенным металлом. Очень важно, что при связывании с пептидом атомы никеля действуют как катализатор выделения газообразного водорода, который миллиарды лет назад был жизненно важным источником энергии. И команда смогла продемонстрировать все эти процессы в лабораторных условиях. «Это важно, потому что, хотя существует множество теорий о происхождении жизни, очень мало фактических лабораторных тестов этих идей», — говорит Нанда.
Если никельбек сыграл значительную роль в зарождении жизни на Земле, разумно предположить, что она может формироваться и на других планетах — возможно, на планетах, которые не так далеко продвинулись в своей эволюции, как мы».
Для поиска жизни во Вселенной исследователи используют так называемые биосигнатуры — химические следы, которые могут свидетельствовать о наличии или развитии организмов. Nickelback потенциально может быть добавлен в этот список биосигнатур.
Заглянуть в самое начало жизни на Земле не так-то просто, но благодаря некоторым умным методам работы в обратном направлении мы постепенно получаем лучшее представление о том, как изначально формировалась сложная жизнь.
«Эта работа показывает, что простые ферменты белкового метаболизма не только возможны, но и очень стабильны и активны, что делает их правдоподобной отправной точкой для зарождения жизни», — говорит Нанда.
