Tutkimus: Elämä maapallolla saattoi syntyä kahdesti

Maapallon ensimmäiset itsenäisesti elävät solut eivät ehkä syntyneetkään yhdessä ainoassa tapahtumassa. Sen sijaan bakteerit ja arkeonit, elämän kaksi alkukantaista päälinjaa, näyttävät ylittäneen kynnyksen elottomasta kemiasta eläviksi organismeiksi toisistaan riippumatta, kertoo tiistaina Science Advances -tiedelehdessä julkaistu tutkimus.eurekalert+1

Düsseldorfin Heinrich Heine -yliopiston biologien johtama kansainvälinen ryhmä jäljitti aineenvaihdunnan varhaista historiaa. Kyseessä on noin 420 kemiallisen reaktion verkosto, jonka avulla solut rakentavat yksinkertaisista yhdisteistä aminohappoja, RNA-emäksiä ja vitamiineja. Heidän analyysinsä viittaa yhteiseen kemialliseen alkuun hydrotermisissä aukoissa, jota seurasi kaksi erillistä reittiä kohti solujen itsenäistymistä.

Yhteinen esi-isä ja puutteellinen kemia

Tutkijat rekonstruoivat kaikkien solujen viimeisimmän yhteisen esiisän LUCAn aineenvaihduntakyvyn. He havaitsivat, että LUCAlla oli entsyymejä vain noin puoleen aineenvaihduntaan tarvittavista reaktioista. Loput reaktiot olivat todennäköisesti metallien, kuten raudan, nikkelin, koboltin ja palladiumin, katalysoimia, joita esiintyy luonnostaan hydrotermisissä aukoissa.thebrighterside+1

Ryhmä tunnisti katalyysin kehityksessä neljä vaihetta: alkuvaiheen, joka perustui täysin metalleihin, metallien ja entsyymien hybridivaiheen LUCAssa, ja sen jälkeen kaksi eriävää polkua, kun bakteerit ja arkeonit kehittivät kumpikin omat entsyyminsä korvaamaan ympäristön katalyyttejä. Viidessä tapauksessa nämä kaksi kehityslinjaa kehittivät rakenteellisesti toisilleen vieraita proteiineja suorittamaan saman välttämättömän reaktion, mikä on osoitus rinnakkaisesta, itsenäisestä kehityksestä.sciencealert+2

"Uudet tiedot johtavat vain yhteen johtopäätökseen", sanoi tutkimuksen vanhempi kirjoittaja William Martin. "Bakteerien ja arkeonien linjat siirtyivät itsenäisesti elävään tilaan toisistaan riippumatta. Vain itsenäisesti elävät solut ovat eläviä. Sanotaan se suoraan: kyseessä on geneettisen koodin yksi alkuperä, mutta elämän kaksi alkuperää."eurekalert+1

Energianlähde ennen ATP:tä

Tutkimuksessa tarkastellaan myös sitä, miten varhainen aineenvaihdunta sai energiansa ennen ATP:n olemassaoloa. Ryhmä osoitti, että fosfiitti, serpentinisoituvissa hydrotermisissä ympäristöissä esiintyvä fosforin pelkistynyt muoto, yhdessä palladiumin kanssa pystyi käynnistämään fosforylaatioreaktioita vedessä yön aikana korvaten ATP:n ja entsyymien roolin kemiallisen energian siirrossa.bioengineer+2

"Fosfiitti ja palladium korvaavat ATP:n ja entsyymit. Se on hämmästyttävää ja tekee varhaisen evoluution ymmärtämisestä paljon helpompaa", sanoi Manon Schlikker Düsseldorfin ryhmästä.sciencealert

Elämänpuun kirjoittaminen uusiksi

Tulokset muuttavat käsitystä elämän synnystä yhtenä tapahtumana ja esittävät sen sen sijaan kahtena erillisenä tapahtumana. Vaikka kaikilla solullisilla organismeilla on sama, LUCAlta peritty geneettinen koodi, kyky elää itsenäisesti erossa mineraalirikkaasta aukkoympäristöstä saattoi kehittyä bakteereille ja arkeoneille erikseen. Epävarmuustekijöitä on yhä: arkeonien entsyymejä ei tunneta yhtä hyvin, ja monet ehdotetut metallien ohjaamat reaktiot kaipaavat vielä suoraa kokeellista vahvistusta. Tutkimus tarjoaa kuitenkin tutkijoille määritellyn reaktioverkoston, mahdollisen energianlähteen ja tietyn geologisen ympäristön jatkotutkimuksia varten.smithsonianmag+2