«Живой» метаболизм возник из «неживых» модулей

Любая дискуссия о происхождении жизни упирается в несколько вопросов, касающихся ключевых особенностей живых организмов. Например, как появилась мембрана, отделяющая клетку от не-клетки. Или как возник механизм передачи наследственной информации. Или как из простых органических соединений стали получаться сложные биохимические молекулы — то есть возникла цепочка метаболических реакций, ведущих от простого CO₂ к сложным белкам, жирам и углеводам.

Исследователи из Института Санта-Фе (США) считают, что биохимические реакции, которые участвуют в «усложнении» и «оживлении» углерода, первоначально могли быть геохимическими, то есть происходить без помощи специфических биопомощников витаминов, ферментов и т. д. Когда жизнь только зарождалась, на Земле было более чем достаточно углекислого газа, чтобы с ним могли происходить самые разные реакции, в том числе те, что способны были положить начало биохимическим цепочкам.

Учёные провели масштабный анализ биохимических путей, которые занимаются сборкой сложных молекул из простых, среди всех царств живого мира. Совместив это с геохимическими наблюдениями и эволюционными исследованиями, они пришли к модульной концепции развития метаболизма. Сами они сравнивают это с луковицей, где в сердцевине находится блок реакций, который осуществляет углеродные преобразования на самом простом уровне, а сверху на него наслаиваются всё новые усовершенствования и дополнения, заставляющие проводить этот процесс эффективнее и быстрее и получать всё более сложные молекулы.

Иными словами, всякая жизнь опирается на некий общий модуль-платформу, набор реакций, которые позволяют рвать прочные связи между углеродом и другими атомами и образовывать новые. К этому модулю стали присоединяться другие, облегчавшие те или иные этапы. Например, реакции с использованием витамина В9 позволяют стабилизировать одноуглеродные фрагменты, которые без витамина оказываются слишком неустойчивыми, чтобы из них можно было легко и быстро что-то сделать. Эти модули впоследствии образовали сложно переплетённую сеть, но, как пишут исследователи в журнале Physical Biology, их вполне можно увидеть в метаболических схемах, использующихся в самых разных организмах.

Здесь важно то, что какие-то исходные реакции принадлежали неживому, геохимическому миру. Так что жизнь образовалась в результате странно различимого сплава эволюции геохимической и биохимической; точнее, это биохимическая эволюция черпала «сырьё» в геохимических процессах. Гипотезы на этот счёт высказывались давно, но в данном случае авторы как будто указывают конкретную метаболическую точку, где неживое могло бы превратиться в живое. Ну и, разумеется, такой естественный переход от не-жизни к жизни заставляет подозревать, что подобное могло бы произойти где-нибудь ещё, а не только на Земле.

Подготовлено по материалам Института Санта-Фе.