Ученые обнаружили шокирующие улики, которые могут переписать происхождение жизни

Основной аргумент исследователей заключается в том, что наше понимание того, как происходила эволюция генетических материалов, может быть предвзятым из-за тенденции отдавать приоритет жизни, какой мы ее знаем. Это означает, что мы могли недооценить значение примитивных молекулярных систем, таких как РНК и пептиды, которые существовали еще до официального зарождения жизни. Уточняя наши представления об этих ранних молекулярных системах, ученые надеются не только узнать больше о самых ранних днях существования Земли, но и улучшить поиск внеземной жизни.

Новое исследование отодвигает хронологию жизни на четыре миллиарда лет назад

В работе, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, команда под руководством старшего научного сотрудника Джоанны Масел и первого автора Савсана Вехби погрузилась в древнюю историю белков. Согласно их выводам, ключевые компоненты белков — известные как аминокислоты — появились примерно четыре миллиарда лет назад, в эпоху последнего универсального общего предка (LUCA). Эти белковые цепочки, или домены, функционируют подобно универсальным инструментам. Как объясняет Вехби, «колесо может быть использовано на многих видах транспортных средств, а колеса существовали задолго до появления современных автомобилей. Точно так же эти древние белковые домены существовали задолго до появления сложных форм жизни».

Исследователи использовали передовые вычислительные инструменты и данные из Национального центра биотехнологической информации, чтобы построить подробную эволюционную карту белковых доменов. Интересно, что белковые домены были впервые обнаружены только в 1970-х годах, но с тех пор наше понимание их важности растет в геометрической прогрессии.

Может ли наш генетический план быть сложнее, чем мы думали?

Одно из самых поразительных открытий этого исследования ставит под сомнение существующую модель возникновения 20 незаменимых аминокислот. До сих пор ученые предполагали, что первыми образовались аминокислоты, обнаруженные в самых высоких концентрациях на ранних этапах жизни. Однако команда Университета Аризоны утверждает, что такой подход мог привести к неверным выводам.

Их исследование предполагает, что аминокислоты могли появиться в различных экологических нишах на ранней Земле, а не возникнуть равномерно из единого первобытного супа. Эта теория основывается на более ранних находках, таких как исследование 2017 года, в котором предлагалось, что аминокислоты были отобраны за их превосходные свойства, а не просто случайно.

Удивительным образом в исследовании оказался триптофан, который часто ассоциируется с сонливостью после обильной трапезы в День благодарения. Несмотря на то, что триптофан считается последней аминокислотой, входящей в генетический код, исследователи обнаружили, что он присутствовал в 1,2 % данных до LUCA, в то время как после LUCA — только в 0,9 %. Хотя эти проценты могут показаться незначительными, они представляют собой значительную разницу в 25 %.

Это несоответствие поднимает интересный вопрос: Почему триптофан был более распространен до диверсификации форм жизни? Команда исследователей предполагает, что ранние генетические системы могли быть более разнообразными, чем считалось ранее, и потенциально могли включать в свои коды нестандартные аминокислоты. Эта идея поддерживает представление о том, что генетический код развивался поэтапно: несколько древних кодов сосуществовали и конкурировали, прежде чем один из них в конце концов стал доминировать.

Что это значит для поиска жизни за пределами Земли?

Последствия этого исследования выходят далеко за пределы нашей планеты. Если аминокислоты могут образовываться в различных средах на Земле, то то же самое может происходить и в других уголках Вселенной. Так, в исследовании говорится о том, что ароматические аминокислоты могут образовываться на границе воды и породы на Энцеладе. Эта одна из лун Сатурна имеет подповерхностный океан под своей ледяной корой.

Может ли жизнь — или хотя бы ее предшественники — скрываться в глубинах Энцелада? Исследователи считают, что эта возможность требует дальнейшего изучения. В конце концов, понимание того, как возникла жизнь на Земле, является ключом к определению того, где она может возникнуть в других местах. И если условия на Энцеладе похожи на те, что были на ранней Земле, это может быть наш ближайший шанс найти признаки жизни за пределами нашей планеты.

Независимо от того, приведет ли это открытие к новому пониманию происхождения жизни, одно можно сказать точно: поиски жизни, как в прошлом, так и в настоящем, продолжают расширять границы того, что мы знаем — и что, как нам кажется, мы знаем — о нашем месте во Вселенной.

Исследование, выполненное командой из Университета Аризоны, не только вызывает переосмысление классических теорий о происхождении жизни, но и поднимает множество новых вопросов. Ученые заинтересованы в том, как эти прото-адаптации могли влиять на процессы эволюции и дальнейшую диверсификацию организмов. Понимание эволюционного опыта, заключенного в преемственности прохождения аминокислот, может пролить свет на важные механизмы, которые вели к появлению сложных биомолекул и, в конечном итоге, к формированию многоклеточных организмов.

Среди направлений будущих исследований — детальное изучение богатства генетических кодов ранних формаций жизни, а также возможное существование альтернатив, которые могли бы выступать в качестве «протогенов». Исследователи задумываются, могли ли эти древние генетические системы, обладая уникальными свойствами и механизмами, способствовать гибкости и адаптивности на самых ранних этапах существования жизни.

Возникает вопрос: как эти старые молекулы могли бы взаимодействовать с современными живыми организмами? Например, могут ли некоторые из этих древних аминокислот и пептидов влиять на эволюцию или адаптацию современных организмов в условиях изменяющейся окружающей среды? Этот вопрос открывает книгу о возможности возрождения старинных молекул для современных биотехнологических применений, таких как создание устойчивых к изменениям климата форм жизни или новых лекарственных средств.

Кроме того, актуальность этого открытия вызывает интерес к потенциальному извлечению и анализу органических молекул из экзопланет и спутников. Ученые теперь рассматривают возможность более тщательно исследовать внеземные объекты, такие как марсианские метеориты или луны газовых гигантов, для обнаружения признаков древних органических молекул, которые могут предоставить более глубокое понимание возможности жизни на других планетах.

На данный момент каждая минута, каждая попытка изучения может привести к действительно революционным выводам. Хотя мы уже много знаем о жизни на Земле, открытия продолжат расширять наши горизонты, показывая, насколько разнообразной и многослойной может быть природа жизни. В бескрайних глубинах космоса – возможно, скрываются загадки, которые только ждут, чтобы быть раскрытыми. И каждый шаг в наших исследованиях, каждом проблеском света, ведет нас ближе к пониманию того, как все мы связаны в этой великой свежей сети жизни, протянувшейся от самых древних форм до современности и далее в безбрежные просторы Вселенной.