Дослідження вказує що життя на Землі зародилося двічі

06 серпня 2026 р. 23:35

06 серпня 2026 р. 23:35

Життя на Землі може мати не один, а два окремі витоки. Радикальне дослідження, опубліковане в журналі Science Advances і описане на сайті ScienceAlert , вказує, що бактерії та археї — дві головні гілки життя — могли самостійно пройти шлях від неживої матерії до справжніх живих клітин.

Команда під керівництвом біолога Вільяма Мартіна (William Martin) з Університету імені Генріха Гайне в Дюссельдорфі зосередилася на найпримітивніших хімічних реакціях, які вважають основою метаболізму. Саме метаболізм — мережа реакцій, що забезпечує організмам синтез необхідних молекул і отримання енергії, — є однією з універсальних ознак життя, якої бракує, наприклад, вірусам.

Метаболізм до появи ферментів

У сучасних організмах метаболічні реакції пришвидшують ферменти — спеціалізовані білки-каталізатори. Але самі ферменти теж є продуктом хімічних реакцій, що породжує «парадокс курки й яйця»: як могли з’явитися перші ферменти, якщо для їхнього синтезу вже потрібен працюючий метаболізм?

Одна з провідних гіпотез стверджує, що перші реакції метаболізму запускалися не білками, а неорганічними каталізаторами в дуже реактивних середовищах, наприклад біля гідротермальних джерел на дні океану. Метали, що природно трапляються в таких умовах, могли перетворювати водень, аміак і вуглекислий газ на більш складні органічні сполуки.

Мартін і його колеги нагадують, що походження метаболізму залишається предметом гострих суперечок: обговорюють роль енергії, генетики, автокаталізу, фосфатів, кофакторів, ціаніду, CO2 та води. Але всі погоджуються з одним: складна мережа приблизно з 400 реакцій, яка перетворює H2, CO2, NH3, H2S і фосфат на амінокислоти, азотисті основи та кофактори, не могла виникнути миттєво. Вона мала пройти через проміжні стадії, які досі було важко реконструювати.

Аналіз ферментів бактерій і архей

Щоб відтворити ці етапи, дослідники проаналізували структури ключових метаболічних ферментів у геномах бактерій і архей. Вони розробили метод і алгоритм, які дозволили впорядкувати ферменти за складністю та приблизною послідовністю еволюції, створивши умовну «шкалу часу» розвитку метаболізму.

У моделі вихідні прості сполуки розташовані ліворуч, а далі, завдяки метаболізму, перетворюються на «будівельні блоки» життя. Кожна з 420 ферментативних реакцій позначена колом, а метаболіти — ромбами; лінії з’єднують реакції, що мають спільні проміжні сполуки. Частина кіл виділена магентовим відтінком — це реакції, які, за розрахунками, могли каталізуватися неорганічними сполуками в середовищі, де зароджувався метаболізм перших клітин.

За словами Мартіна, аналіз показав, що останній універсальний спільний предок усіх клітин, LUCA (Last Universal Common Ancestor), мав ферменти лише приблизно для половини метаболічних реакцій. Іншу половину, ймовірно, каталізували метали довкілля, у якому LUCA існував.

Чотири етапи становлення каталізу

Команда виділила чотири фази розвитку каталізу. На першому етапі всі реакції запускалися лише металами та іншими неорганічними сполуками середовища. Коли достатня кількість корисних органічних молекул накопичилася, протоклітини — включно з LUCA — змогли почати «винаходити» власні ферменти, які частково заміщували функції металевих каталізаторів.

На наступних етапах з’являлося дедалі більше ферментів, і залежність від зовнішніх металів поступово зменшувалася. Лише коли клітини змогли повністю покладатися на власні ферменти, їх можна вважати по-справжньому вільноіснуючими живими організмами.

Ключовий висновок дослідження полягає в тому, що перехід до такого «вільного» стану стався вже після того, як лінії бактерій і архей розійшлися. Тобто ці дві гілки життя незалежно розв’язали однакові метаболічні задачі.

Біологиня Наталія Мрньявац (Natalia Mrnjavac) зазначає, що в даних видно випадки, коли предки бактерій і архей незалежно еволюціонували до структурно різних ферментів, які каталізують одну й ту саму ключову реакцію. Такі паралельні «винаходи» могли підготувати ґрунт для незалежної появи вільноіснуючих бактерій і архей.

Альтернатива АТФ у ранній хімії

Робота також пропонує можливе рішення ще однієї загадки. Сьогодні молекула АТФ є універсальним джерелом енергії для метаболізму, але вона сама синтезується ферментами й не могла бути доступною в доклітинній хімії.

Дослідники вказують на інший варіант: коли вони реагували фосфіт — форму фосфору, що природно трапляється в гідротермальних джерелах, — з органічними сполуками у воді, вже за одну ніч отримували реакції метаболічного фосфорилювання. У цій системі фосфіт і паладій виконували роль АТФ і ферментів. На думку авторів, це робить ранню еволюцію метаболізму значно зрозумілішою.

Два «стовбури» дерева життя?

Попри ці успіхи, залишається невизначеним навіть середовище, у якому відбувалися перші реакції: це могла бути вода або більш в’язка «густа» субстанція. Автори наголошують, що їхні висновки потребують подальшої перевірки.

Якщо результати підтвердяться, наше уявлення про «дерево життя» може змінитися. Зазвичай LUCA розглядають як єдиний «стовбур», від якого відходять усі гілки живих організмів. Нова робота натомість натякає, що могло існувати два окремі стовбури, які розійшлися ще на рівні «коренів» — до того, як їхні нащадки стали повноцінно живими.

Наука