Μελέτη: Η ζωή στη Γη ίσως εμφανίστηκε δύο φορές

Τα πρώτα ελεύθερα διαβιούντα κύτταρα στη Γη ενδέχεται να μην εμφανίστηκαν σε ένα μόνο γεγονός. Αντίθετα, τα βακτήρια και τα αρχαία, οι δύο αρχέγονες γενεές της ζωής, φαίνεται ότι πέρασαν ανεξάρτητα το κατώφλι από τη μη ζωντανή χημεία στους ζωντανούς οργανισμούς, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε την Τρίτη στο Science Advances.eurekalert+1

Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής βιολόγους από το Πανεπιστήμιο Χάινριχ Χάινε του Ντίσελντορφ ανίχνευσε τη βαθιά ιστορία του μεταβολισμού, του δικτύου περίπου 420 χημικών αντιδράσεων που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να συνθέσουν αμινοξέα, βάσεις RNA και βιταμίνες από απλές ενώσεις. Η ανάλυσή τους δείχνει μια κοινή χημική αφετηρία σε υδροθερμικές πηγές, την οποία ακολούθησαν δύο ξεχωριστές διαδρομές προς την κυτταρική ανεξαρτησία.

Ένας κοινός πρόγονος με ελλιπή χημεία

Οι ερευνητές αναπαρέστησαν τις μεταβολικές ικανότητες του LUCA, του τελευταίου παγκόσμιου κοινού προγόνου όλων των κυττάρων. Διαπίστωσαν ότι ο LUCA διέθετε ένζυμα για περίπου τις μισές μόνο από τις αντιδράσεις που απαιτούνται για τον μεταβολισμό. Οι υπόλοιπες αντιδράσεις πιθανότατα καταλύονταν από μέταλλα, όπως ο σίδηρος, το νικέλιο, το κοβάλτιο και το παλλάδιο, τα οποία υπάρχουν φυσικά στα συστήματα υδροθερμικών πηγών.thebrighterside+1

Η ομάδα εντόπισε τέσσερα στάδια στην εξέλιξη της κατάλυσης: μια αρχική φάση που βασιζόταν εξ ολοκλήρου σε μέταλλα, ένα υβριδικό στάδιο μετάλλων-ενζύμων στον LUCA, και στη συνέχεια δύο αποκλίνουσες πορείες, καθώς τα βακτήρια και τα αρχαία ανέπτυξαν το καθένα τα δικά του ένζυμα για να αντικαταστήσουν τους περιβαλλοντικούς καταλύτες. Σε πέντε περιπτώσεις, οι δύο γενεές ανέπτυξαν δομικά άσχετες πρωτεΐνες για να πραγματοποιήσουν την ίδια βασική αντίδραση, γεγονός που αποτελεί απόδειξη παράλληλης, ανεξάρτητης εξέλιξης.sciencealert+2

«Τα νέα δεδομένα οδηγούν σε ένα μόνο συμπέρασμα», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας William Martin. «Οι γενεές των βακτηρίων και των αρχαίων πραγματοποίησαν τη μετάβαση στην ελεύθερη διαβίωση ανεξάρτητα. Μόνο τα ελεύθερα διαβιούντα κύτταρα είναι ζωντανά. Ας το πούμε με το όνομά του: βλέπουμε μία προέλευση του γενετικού κώδικα, αλλά δύο προελεύσεις της ζωής».eurekalert+1

Μια πηγή ενέργειας πριν από το ATP

Η μελέτη εξετάζει επίσης πώς τροφοδοτούνταν ο πρώιμος μεταβολισμός πριν υπάρξει το ATP. Η ομάδα απέδειξε ότι ο φωσφίτης, μια ανηγμένη μορφή φωσφόρου που απαντάται σε υδροθερμικά περιβάλλοντα σερπεντινίωσης, σε συνδυασμό με παλλάδιο θα μπορούσε να οδηγήσει σε αντιδράσεις φωσφορυλίωσης στο νερό κατά τη διάρκεια της νύχτας, αντικαθιστώντας τον ρόλο του ATP και των ενζύμων στη μεταφορά χημικής ενέργειας.bioengineer+2

«Ο φωσφίτης και το παλλάδιο αντικαθιστούν το ATP και τα ένζυμα. Είναι εκπληκτικό και κάνει την πρώιμη εξέλιξη πολύ πιο εύκολα κατανοητή», δήλωσε η Manon Schlikker από την ομάδα του Ντίσελντορφ.sciencealert

Ξαναγράφοντας το δέντρο της ζωής

Τα ευρήματα επαναπροσδιορίζουν την προέλευση της ζωής ως δύο γεγονότα αντί για ένα. Ενώ όλοι οι κυτταρικοί οργανισμοί μοιράζονται έναν ενιαίο γενετικό κώδικα που κληρονόμησαν από τον LUCA, η ικανότητα να ζουν ανεξάρτητα από ένα περιβάλλον πλούσιο σε μέταλλα μπορεί να επιτεύχθηκε ξεχωριστά από τα βακτήρια και τα αρχαία. Παραμένουν αβεβαιότητες, καθώς τα ένζυμα των αρχαίων είναι λιγότερο καλά χαρακτηρισμένα και πολλές προτεινόμενες αντιδράσεις που καθοδηγούνται από μέταλλα εξακολουθούν να στερούνται άμεσης πειραματικής επιβεβαίωσης. Ωστόσο, η μελέτη προσφέρει στους ερευνητές ένα καθορισμένο δίκτυο αντιδράσεων, μια πιθανή πηγή ενέργειας και ένα συγκεκριμένο γεωλογικό πλαίσιο για περαιτέρω δοκιμές.smithsonianmag+2