Международная группа биологов предположила, что свободноживущие клетки на Земле могли возникнуть независимо друг от друга как минимум дважды. К такому выводу исследователи пришли, проанализировав химические реакции, которые использовали первые живые организмы для получения энергии и синтеза жизненно важных веществ.
Ученые из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне и их коллеги реконструировали метаболическую сеть из 420 базовых химических реакций, общих для всех живых существ. Оказалось, что ферменты, которые катализируют эти реакции у бактерий и архей – двух древнейших ветвей жизни, – существенно различаются. По мнению авторов, их последний универсальный общий предок (LUCA) обладал ферментами лишь для половины этих процессов. Остальные реакции, вероятно, катализировали металлы, содержавшиеся в гидротермальных источниках, где, как считается, зародилась жизнь.
Согласно предложенной модели, после разделения бактерии и археи начали эволюционировать параллельно. Каждая ветвь независимо создавала собственные ферменты, чтобы заменить неорганические катализаторы из внешней среды. Во многих случаях для решения одной и той же метаболической задачи они «изобретали» структурно разные белки. Именно это наблюдение позволило ученым выдвинуть гипотезу, что бактерии и археи перешли к самостоятельному существованию независимо друг от друга.
Исследователи также предложили возможное решение проблемы источника энергии для первых клеток. Современные организмы используют для этого сложную молекулу АТФ, которой не могло быть в окружающей среде на ранней Земле. Эксперименты показали, что энергию для ключевых реакций мог поставлять фосфит – форма фосфора, встречающаяся в гидротермальных источниках. В присутствии палладия, который также там встречается, фосфит вступает в реакцию с органическими соединениями, запуская процесс метаболического фосфорилирования, аналогичный тому, что происходит в клетках при участии АТФ.
