Один из самых главных, и в то же время сложных вопросов биологии, который остается без ответа — как из простых неживых материалов на безжизненной планете, могли возникнуть простейшие формы жизни. Ученые с уверенностью могут лишь сказать, что жизнь появилась по чистой случайности. Но над тем, как именно она возникла, ученые во всем мире ломают головы. Чтобы получить ответ на этот вопрос, вначале необходимо разобраться какие свойства определяют жизнь, то есть чем простейший живой организм отличается от неживого. Продвинуться в этих вопросах удалось ученым из университета Рутгерса. Они пришли к выводу, что главное свойство жизни — это метаболизм. То есть живые простейшие организмы должны обеспечивать себя энергией, которую они могли получать от Солнца или других некоторых источников. Определившись со свойствами жизни, они пришли к выводу что ответ необходимо искать среди белков, которые связывают металлы. В результате изучения последних команде удалось найти структуры, которые могли способствовать зарождению жизни на нашей планете.

Ученые, возможно, нашли подсказки тому, как возникли первые формы жизни на Земле

Эволюция белковых структур дает подсказку о зарождении жизни

Метаболизмом называется способность клетки получать энергию, необходимую для работы биологических процессов. На уровне молекул эта способность сводится к транспортировке электронов. Как известно, электроны лучше всего переносят металлы. Ярким тому примером служат электрические провода.

Главное свойство всех живых организмов, которое отличает их от неживых — это метаболизм

В то же время наиболее биологически активными являются молекулы белков. Отсюда можно предположить, что металлы и белки могли взаимодействовать, что и привело к зарождению первых древних форм жизни. Чтобы подтвердить или опровергнуть это предположение, ученые в своем исследовании, которое вышло в издании Science Advances, сравнивали различные белковые структуры, связывающие металлы.

Идея ученых состояла в том, что все существующие на сегодняшний день белки произошли из одной группы, называемой оксидоредуктаз. Это ферменты, обеспечивающие перенос электронов. Согласно этой идее, у всех современных белков должны быть общие черты, которые передаются из поколения в поколение и подтверждают их родство.

Белки, связывающие металлы, могли стоять у истоков зарождения жизни

По мнению авторов работы, эволюция белковых структур дает понимание того, как новые белковые структуры возникают из существовавших ранее. Для сравнения белков исследователи использовали так называемый метод биоинформатики. Он заключается в сравнении белковых последовательностей с учетом структур молекул.

Связывающие металл белки построены по принципу конструктора Lego

Как выяснилось в ходе исследования, все белки состоят из одинаковых структурных блоков, последовательность которых может быть разной. Причем не имеет значения, с каким видом метала способна взаимодействовать молекула — с медью, серебром, железом или каким-либо другим. Блоки, из которых состоят белки, у них все равно одинаковые.

Яна Бромберг, профессор университета Рутгерса, один из авторов исследования

“Отдельные элементы разных белков, связывающих металлы, очень похожи, несмотря на то, что сами белковые молекулы могут сильно отличаться. Причем связывающая металлы основа, как правило, состоит из одинаковых повторяющихся структур. Принцип напоминает конструктор LEGO” — объясняет профессор биохимии и микробиологии, Яна Бромберг.

Таким образом предположение ученых подтвердилось, белки, которые связывают металлы, действительно обладают общими чертами, которые могли достаться им от древнего общего предка. Согласно расчетам исследователей, первые древние биоактивные молекулы существовали на Земле уже 3,8 миллиарда лет назад.

Как говорят сами ученые, их работа стала важным вкладом в изучение начальных этапов эволюции белковых молекул. По их мнению, результат дает представление о том, каким был метаболизм самых древних форм жизни, возникших на Земле.

“Информации о возникновении жизни на планете очень мало. Наша работа дает объяснение, которое ранее не рассматривалось” — говорит профессор Яна Бромберг.

Кроме того, по словам ученых, полученные выводы могут потенциально помочь в поиске инопланетной жизни. Вполне возможно, что открытие специфических структурных блоков, из которых состоят белки, также имеет отношение к синтетической биологии. Это наука, которая занимается искусственным созданием специфических активных белков. Напоследок напомню, что современная жизнь, та которую мы знаем, стала зарождаться на планете только после кислородной катастрофы. Она возникла по причине замедления вращения Земли вокруг своей оси.