Ученые многие десятилетия ломают голову над тем, как зародилась жизнь на Земле. И несмотря на то, что многие процессы уже понятны, точного ответа на этот вопрос по сей день нет. Однако считается, что гранью перехода от неживого к живому стал метаболизм, то есть способность производить химическую реакцию и добывать таким образом энергию, необходимую для внутренних процессов, обеспечивающих жизнедеятельность. Нет сомнений в том, что молекула, которая первой произвела метаболическую реакцию, была простой, так как возникла из компонентов, которые присутствовали в воде. В то же время сама реакция была достаточно эффективной, что позволило ей дать начало колоссальным изменениям в окружающей среде. Похоже, что теперь ученым даже удалось выяснить какой была первая метаболическая реакция, и какая молекула ее произвела.

Белок, давший, возможно, начало биологической жизни, называется Nickelback, но не в честь рок-группы

Как зародилась жизнь

По мнению ученых, переход от пребиотической химии, то есть неживых молекул предшествующих жизни, к биологическим системам произошел 3,5-3,8 миллиарда лет назад. Ранее мы рассказывали, что самые древние формы жизни, скорее всего зародились в результате взаимодействия металлов и белков.

Теперь команда ученых из Университета Рутгерса и Городского колледжа Нью-Йорка в США обнаружили белок, который, очевидно, дал толчок зарождению жизни. Он представляет собой простой пептид, который получил название никельбэк. Сразу говорим, что название не имеет никакого отношения к канадской рок-группе Nickelback, а лишь отражает структуру белка.

Схематически рисунок белка никельбэк, который имеет два атома азота (синие) и два атома никеля

Пептид состоит из аминокислот, также пары атомов азота, которые связаны с атомами никеля. Никельбэк мог первым произвести метаболическую реакцию, в результате чего, фактически, стал переходным элементом от неживого к живому. Впоследствии эволюция белковых структур привела к появлению жизни в привычном для нас понимании этого слова.

Каким был первый “живой” белок

Чтобы выяснить каким был первый белок, давший начало жизни на Земле, исследователи начали работу с изучения современных белков, которые воспроизводят метаболические процессы. Однако древние белки были намного проще современных, поэтому их разбили на отдельные составные части.

В результате множества экспериментов ученые установили, что именно никельбэк является идеальным кандидатом на роль самого первого белка, обладающего метаболизмом. Так как он достаточно простой, вполне мог возникнуть в тех условиях, которые существовали на Земле 3,8 миллиарда лет назад. В то же время никельбэк способен брать энергию из окружающей среды.

Никель — металл, который, возможно, обеспечил древние белки метаболизмом

Белок содержит 13 основных аминокислот, которые принято называть “кирпичиками” жизни. При этом два атома никеля могли обеспечивать активность никель-железной группы в гидрогеназе (NiFe). Гидрогеназой называются ферменты, катализирующие обратимую реакцию окисления молекулярного водорода. Гидрогеназы встречаются у бактерий, архей и некоторых эукариот. Кроме того, никель обеспечивал активность кластера никель-никель в ацетил-КоА-синтазе. Эти молекулы и по сей день играют важную роль в метаболизме.

Проще говоря именно атомы никеля обеспечили пептид химической реакцией, которая позволяла добывать энергию из водорода, который в те времена был ключевым источником энергии. Команде удалось воспроизвести все эти процессы в лабораторных условиях, о чем они сообщают в журнале Science Advances. Таким образом результаты этого исследования коррелируют с вышеупомянутым исследованием, в котором утверждалось, что основу жизни дали металлы и белки.

Никель присутствовал в большом количестве на Земле 3,8 миллиарда лет назад

Надо сказать, что никель был распространенным металлом в древних океанах Земли. И если он сыграл ключевую роль в зарождении жизни на нашей планете, то, вполне возможно, мог сформировать жизнь и на других планетах, которая еще не эволюционировала. К слову, эволюция первых бактерий в развитую жизнь произошла по чистой случайности. Теоретически, жизнь на Земле по сей день могла оставаться в виде простейших бактерий.

Разумеется, в основе жизни лежит не только метаболизм, но и две основные формы генетического кода – молекулы ДНК и РНК. Ученые предполагают, что они могли существовать на Земле еще до появления жизни. Вполне возможно, что РНК были занесены на нашу планету с метеоритами, а точнее их составляющие. Не так давно этому были найдены косвенные подтверждения.