Столкнувшись с огромным и весомым вопросом о происхождении жизни, исследователи недавно решили изучить электронно-транспортные цепи - важнейшие механизмы в биологии. Объединив традиционно разные подходы, авторы исследования предположили, что эти цепи могут быть ключом к первой искре жизни. Если эта гипотеза подтвердится, то она может не только пролить свет на зарождение жизни на Земле, но и повлиять на поиск внеземной жизни.
Происхождение жизни на Земле остается одним из самых загадочных вопросов современной науки. Фундаментальные характеристики биологии, такие как клеточный состав организмов и передача генетической информации с помощью ДНК, возникли в результате определенных процессов в начале эволюционной истории. Несмотря на десятилетия глубоких исследований, ученым так и не удалось расшифровать точные механизмы, которые привели к возникновению первой искры жизни.
Однако новое исследование позволяет предположить, что ответ может лежать в фундаментальном элементе биологии - электронно-транспортных цепях. Это открытие может не только пролить свет на первые моменты зарождения жизни на нашей планете, но и направить поиски признаков жизни за пределами Земли. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.
В попытках понять происхождение жизни в течение многих лет разрабатывались два основных подхода. Первый, известный как "снизу вверх", основан на идее воссоздания начальных условий на Земле, чтобы понять, как могла возникнуть жизнь. В лабораторных экспериментах, например, проведенных Стэнли Миллером в 1953 году, была предпринята попытка смоделировать эти условия, что привело к образованию аминокислот - строительных блоков жизни.
Второй подход, известный как "нисходящий", имеет противоположную направленность. Вместо того чтобы исходить из начальных условий, он фокусируется на жизни, существующей сегодня. Исследователи анализируют современные организмы, особенно простейшие и древнейшие, пытаясь проследить нить эволюции и вывести этапы, приведшие к их появлению.
Однако, несмотря на прогресс, достигнутый в рамках этих двух подходов, загадка точного происхождения жизни остается неразрешенной. В каждом из них есть свои ограничения: метод "снизу вверх" может предложить лишь гипотетические сценарии, не давая уверенности в том, что они действительно имели место в прошлом. Метод "сверху вниз", напротив, ограничен сохранением следов древней жизни и генетическими мутациями, которые могли стереть некоторые важные подсказки.
В то время как два предыдущих метода всегда рассматривались как отдельные направления исследований, исследование, проведенное под руководством Аарона Голдмана из Оберлинского колледжа и Лауры Бардж из Лаборатории реактивного движения НАСА, предлагает инновационный подход. Он объединяет эти два подхода, фокусируясь на электронно-транспортных цепях - важнейших механизмах производства энергии в клетках.
Комбинируя подходы "снизу вверх" и "сверху вниз", исследователи надеются воссоздать условия, в которых могли возникнуть и развиваться эти электронно-транспортные цепи. С одной стороны, моделируя условия первобытной Земли ("снизу вверх"), они могут изучить, как из простых молекул могли сформироваться первые электронно-транспортные механизмы. С другой стороны, изучая современные организмы ("сверху вниз"), можно определить, как эти механизмы эволюционировали и адаптировались с течением времени.
Такое объединение методов открывает уникальную перспективу. Оно позволяет исследовать древний энергетический метаболизм с разных сторон, что дает более целостную картину. Эта перспектива позволяет предположить, что фундаментальные механизмы производства энергии, которые сегодня являются общими для всех живых организмов, могли лежать и в основе возникновения самой жизни.
Электронно-транспортные цепи - это белковые комплексы, присутствующие в клеточных мембранах всех живых организмов. Их основная роль заключается в переносе электронов от одной молекулы к другой, в результате чего образуется АТФ - основной источник химической энергии для клеток. Именно благодаря этой энергии клетки могут выполнять все свои функции - от деления до синтеза белка.
Голдман и Бардж предполагают, что задолго до появления первых клеток могли существовать аналогичные метаболические системы, способствующие получению химической энергии из ресурсов, доступных в примитивной среде Земли.
В статье описываются будущие стратегии исследований, которые синтезируют нисходящие и восходящие исследования ранней истории электронно-транспортных цепей для лучшего понимания древнего энергетического метаболизма и происхождения жизни в целом.
За пределами Земли понимание происхождения жизни может помочь астробиологам в поисках признаков жизни на других планетах. Понимание происхождения жизни на Земле имеет решающее значение для этих исследований. Если мы сможем определить, как зародилась жизнь на Земле, это может дать подсказку о процессах, которые могут привести к появлению жизни в других местах. Если электронно-транспортные цепи, необходимые для производства энергии в клетках, являются ключевым элементом в возникновении жизни на Земле, то они могут играть аналогичную роль и на других планетах.
Это может расширить или уточнить наши критерии поиска признаков внеземной жизни. Наконец, это понимание может повлиять и на разработку космических миссий. Если у нас будет четкое представление о том, какие признаки жизни следует искать, это позволит выбрать приборы для космических зондов или конкретные регионы планеты или Луны, которые будут изучаться в приоритетном порядке.