Ученые нашли кирпичики жизни
На вопрос о том, как жизнь впервые зародилась на нашей планете, мы еще не ответили полностью, но наука все время становится ближе — и новое исследование определяет структуры белков, которые вполне могли ее вызвать.
Команда, стоящая за исследованием, решила исходить из того, что жизнь, какой мы ее знаем, зависит от сбора и использования энергии. В первозданном бульоне древней Земли эта энергия, скорее всего, поступала с неба в виде солнечного излучения или из глубины самой Земли в виде тепла, просачивающегося через гидротермальные жерла на дне древних морей.
На молекулярном уровне это использование энергии означает перенос электронов. Это фундаментальный химический процесс, в котором электрон перемещается от одного атома или молекулы к другому. Перенос электрона лежит в основе окислительно-восстановительных реакций (также известных как окислительно-восстановительные реакции), которые жизненно важны для некоторых основных функций жизни.
Поскольку металлы являются лучшими элементами для переноса электронов, а сложные молекулы, называемые белками, управляют большинством биологических процессов, исследователи решили объединить их и искать белки, которые связывают металлы.
Для сравнения белков, обнаруживающих металлы, был использован методический вычислительный подход, выявивший некоторые общие черты, которые совпадали во всех них — независимо от функциональности белка, металла, с которым он связывается, или вовлеченного организма.
"Мы увидели, что ядра существующих белков, связывающие металлы, действительно похожи, хотя сами белки могут быть разными", — говорит микробиолог Яна Бромберг из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике, штат Нью-Джерси.
"Мы также увидели, что эти ядра, связывающие металл, часто состоят из повторяющихся субструктур, вроде блоков Lego. Любопытно, что эти блоки также были обнаружены в других областях белков, а не только в ядрах, связывающих металл, и во многих других белках. которые не учитывались в нашем исследовании".
Исследователи предполагают, что эти общие черты вполне могли присутствовать и работать в самых ранних белках, меняясь со временем, чтобы стать белками, которые мы видим сегодня, но сохраняя определенные общие структуры.
Предполагается, что растворимые металлы в архейском океане, который покрывал Землю тысячи миллионов лет назад, могли быть использованы для питания перетасовки электронов, необходимой для передачи энергии и, в свою очередь, для биологической жизни.
"Наше наблюдение предполагает, что перестройки этих небольших строительных блоков могли иметь одного или несколько общих предков и породили весь спектр белков и их функций, доступных в настоящее время", — говорит Бромберг. "То есть к жизни, какой мы ее знаем".
В частности, команда смогла определить эволюцию складок белка — формы, которую белки принимают по мере того, как они становятся биологически активными, - которые, возможно, привели к появлению белков, которые мы знаем сегодня, почти как проект молекулярного генеалогического древа.
В исследовании также делается вывод о том, что биологически функциональные пептиды, меньшие версии белков, возможно, предшествовали самым ранним белкам, которые восходят к 3,8 миллиардам лет назад. Все это дополняет наше понимание того, как зародилась жизнь.
Как всегда, любой анализ зарождения жизни на Земле может быть важен и для поиска жизни на других планетах, где жизнь могла бы начать развиваться (или, возможно, уже развилась) по сходным биологическим путям.
"У нас очень мало информации о том, как возникла жизнь на этой планете, и наша работа дает ранее недоступное объяснение", — говорит Бромберг. "Это объяснение также потенциально может способствовать нашим поискам жизни на других планетах и планетарных телах. Наше открытие специфических структурных строительных блоков также, возможно, имеет отношение к усилиям синтетической биологии, где ученые стремятся заново сконструировать специфически активные белки".
