Studie: Livet på jorden kan ha oppstått to ganger

De første frittlevende cellene på jorden oppsto kanskje ikke i én enkelt hendelse. I stedet ser det ut til at bakterier og arkebakterier, de to opprinnelige utviklingslinjene for liv, uavhengig av hverandre krysset grensen fra ikke-levende kjemi til levende organismer, ifølge en studie publisert tirsdag i Science Advances.eurekalert+1

Et internasjonalt team ledet av biologer ved Heinrich Heine-universitetet i Düsseldorf har sporet stoffskiftets dype historie, nettverket av rundt 420 kjemiske reaksjoner celler bruker til å bygge aminosyrer, RNA-baser og vitaminer fra enkle forbindelser. Analysen deres peker mot en felles kjemisk begynnelse ved hydrotermiske kilder, etterfulgt av to separate veier mot cellulær uavhengighet.

En felles stamfar med ufullstendig kjemi

Forskerne rekonstruerte de metabolske evnene til LUCA, den siste felles universelle stamfaren til alle celler. De fant at LUCA bare hadde enzymer for omtrent halvparten av reaksjonene som trengs for stoffskiftet. De resterende reaksjonene ble sannsynligvis katalysert av metaller, jern, nikkel, kobolt og palladium, som finnes naturlig i hydrotermiske kilder.thebrighterside+1

Teamet identifiserte fire stadier i utviklingen av katalyse: en innledende fase som utelukkende baserte seg på metaller, et metall-enzym-hybridstadium i LUCA, og deretter to avvikende veier der bakterier og arkebakterier utviklet sine egne enzymer for å erstatte katalysatorer i miljøet. I fem tilfeller utviklet de to linjene strukturelt urelaterte proteiner for å utføre den samme livsviktige reaksjonen, noe som er bevis på parallell, uavhengig utvikling.sciencealert+2

«De nye dataene tillater bare én konklusjon», sier seniorforfatter William Martin. «Bakterie- og arkebakterielinjene gjorde overgangen til en frittlevende tilstand uavhengig av hverandre. Bare frittlevende celler er levende. La oss kalle det ved sitt rette navn: Vi ser på én opprinnelse for den genetiske koden, men to opprinnelser for livet.»eurekalert+1

En energikilde før ATP

Studien tar også for seg hvordan det tidlige stoffskiftet ble drevet før ATP eksisterte. Teamet viste at fosfitt, en redusert form for fosfor som finnes i serpentiniserende hydrotermiske miljøer, i kombinasjon med palladium kunne drive fosforyleringsreaksjoner i vann over natten, og dermed erstatte rollen til ATP og enzymer i overføringen av kjemisk energi.bioengineer+2

«Fosfitt og palladium erstatter ATP og enzymer. Det er utrolig, og det gjør den tidlige evolusjonen mye lettere å forstå», sier Manon Schlikker fra Düsseldorf-teamet.sciencealert

Livets tre skrives om

Funnene redefinerer livets opprinnelse som to hendelser i stedet for én. Selv om alle cellulære organismer deler en felles genetisk kode arvet fra LUCA, kan evnen til å leve uavhengig av et mineralrikt kildemiljø ha blitt oppnådd separat av bakterier og arkebakterier. Det gjenstår fortsatt usikkerhetsmomenter: Arkebakterielle enzymer er mindre grundig karakterisert, og mange foreslåtte metalldrevne reaksjoner mangler fortsatt direkte eksperimentell bekreftelse. Men studien gir forskere et definert reaksjonsnettverk, en mulig energikilde og en spesifikk geologisk ramme for videre testing.smithsonianmag+2