Dva porijekla života: Slobodne stanice su se možda pojavile dvaput kad su se bakterije i arheje razdvojile

Dvojica izvora života: Slobodne stanice su se možda pojavile dvaput, jer su se bakterije i arheje razdvojile Znanstvenici su otkrili uvjerljive dokaze koji ukazuju na to da su slobodne stanice možda nastale dvaput neovisno, jednom dovodeći do pojave bakterija, a jednom do arheja, jer su se ova dva područja života razdvojila prije milijarde godina.

Prema istraživanju, najraniji oblici života vjerojatno su se pojavili u okruženjima bogatih hidrotermalnom aktivnošću, kao što su dubokomorski otvori. Ovi uvjeti osigurali su mješavinu anorganskih katalizatora, uključujući metale, koji su igrali ključnu ulogu u olakšavanju kemijskih reakcija potrebnih za život.

"Vidjeli bismo dvije vrlo različite vrste stanica koje se pojavljuju, pionirske bakterije i pionirske arheje, koje čine svoje prve pokušaje života izvan granica hidrotermalnog otvora", objasnila je. "Nalazi dovode u pitanje davno prihvaćenu pretpostavku da je život nastao kroz jedan evolucijski put i umjesto toga predlažu scenarij u kojem su dva odvojena podrijetla dovela do dva primarna ogranka staničnog života". Istraživački tim ispitao je kemijske reakcije koje su omogućile sintezu temeljnih bioloških molekula, kao što su aminokiseline, RNK baze i vitamini, iz jednostavnih prekursora poput vodika, amonijaka i ugljičnog dioksida.

Oni su identificirali ukupno 420 enzimskih reakcija koje se danas smatraju univerzalnim za sve žive organizme. Međutim, studija je otkrila da enzimi odgovorni za te reakcije nisu zajednički između bakterija i arheja. Umjesto toga, posljednji univerzalni zajednički predak (LUCA) svih poznatih oblika života posjedovao je enzime za samo oko polovice tih reakcija, dok su preostale bile katalizirane metalima u okolišu.

"Iznenađenje je što enzimi koji kataliziraju te reakcije nisu očuvani preko evolucijske pregrade koja razdvaja bakterije i arheje", rekao je. "Otkrili smo da LUCA posjeduje enzime za samo oko polovice reakcija metabolizma". Harun Tüysüz, anorganski kemičar iz Max-Planck-Institut für Kohlenforschung i Instituta za materijale IMDEA u Madridu, dodao je da bi metali koji se obično nalaze u hidrotermalnim otvorima mogli učinkovito zamijeniti značajan dio enzima potrebnih za metabolizam. "Metali koji se prirodno pojavljuju u hidrotermalnim otvorima mogu zamijeniti iznenađujuće veliki broj enzima u metabolizmu", rekao je.

Joseph Moran, istraživač sa Sveučilišta u Ottawi specijaliziran za korištenje metala za kataliziranje metaboličkih reakcija, dodatno je razrađivao implikacije studije. "Što bliže gledamo, to jasnije možemo vidjeti da je ranija biokemijska evolucija bila hibrid enzimskih i metalnih katalizatora", rekao je. "Ovaj hibridni sustav omogućio je ranim životnim oblicima da se prilagode i evoluiraju, što je na kraju dovelo do razvoja potpuno funkcionalnih enzima sposobnih za obavljanje složenih metaboličkih zadataka".

Istraživači su rekonstruirali četiri ključne faze rane katalize: početno razdoblje u kojem su dominirali samo metalni katalizatori, nakon čega je slijedila prijelazna faza koja je uključivala i metale i enzime, i konačno diverzifikaciju enzimskih sustava unutar bakterijskih i arhejskih loza. Kako su se ove loze razvijale, novi enzimi zamijenili su anorganske katalizatore koje je izvorno pružalo okoliš. Ovo istraživanje pruža dublje razumijevanje kako je život počeo i kako su temeljni procesi metabolizma evoluirali tijekom vremena.