|
Мы ошибались относительно происхождения жизни
|
|
|
|
Ученые выдвигают аргументы в пользу корректировки одного очень старого элемента биологии: порядка, в котором аминокислоты становились частью генетического кода. В течение многих лет исследователи работали с приблизительной хронологией того, как эти молекулярные строительные блоки вошли в механизм трансляции жизни. Но согласно анализу, проведенному Университетом Аризоны в 2024 году и опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences, этот привычный порядок может слишком сильно зависеть от более поздней биологии и классических экспериментов по пребиотической химии, а не от следов, оставшихся в древних белковых доменах.
|
|
|
|
После этого анализа в новых статьях, опубликованных в 2026 году, были расширены возможные источники пребиотических аминокислот, уточнены некоторые химические сценарии использования минералов и морского дна и показано, что модифицированный клеточный механизм может выжить, если в нем будет на одну аминокислоту меньше.
|
|
|
|
Хотя мы и не “разгадали” происхождение жизни, это означает, что наша текущая рабочая модель истории генов, возможно, недооценивает раннюю протоживу (которая включала в себя предшественников, таких как РНК и пептиды), по сравнению с тем, что возникло вместе с зарождением жизни и после него. Наше понимание этих чрезвычайно древних времен всегда будет неполным, но для нас важно продолжать исследования ранней Земли. Ученые объясняют, что любые улучшения в этом понимании могут не только позволить нам узнать больше о нашей собственной истории, но и помочь нам в поиске истоков жизни в других уголках Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале PNAS в 2024 году, исследователи во главе со старшим автором Джоанной Мейсел и первым автором Савсаном Вехби объясняют, что жизненно важные компоненты наших белков (они же аминокислоты) появились четыре миллиарда лет назад — до последнего универсального общего предка (LUCA) всего живого на Земле. Эти цепочки из десятков или более аминокислот, называемые белковыми доменами, “подобны колесу” автомобиля, говорится в заявлении Вехби: “Это деталь, которую можно использовать в самых разных автомобилях, а колеса существуют гораздо дольше, чем автомобили”.
|
|
|
|
Группа использовала специализированное программное обеспечение и данные Национального центра биотехнологической информации, чтобы построить эволюционное (так сказать) древо этих белковых доменов, которые не были теоретизированы или исследованы до 1970-х годов. Наши знания об этих деталях росли семимильными шагами.
|
|
|
|
Вопрос “откуда взялись аминокислоты?” также получил широкое распространение. В феврале 2026 года в статье PNAS, основанной на образцах OSIRIS-REx Bennu, утверждалось, что аминокислоты в ранней Солнечной системе образовались не по одному химическому пути. Изотопные данные указывали на наличие глицина в метеорите Мерчисон, в основном, в водной химии, подобной Стреккеру, и на глицин в Бенну, где модифицированные радикально—радикальные реакции в холодных первичных льдах выглядели более важными.
|
|
|
|
В отдельной статье Nature Communications, опубликованной в апреле 2026 года, исследователи обнаружили, что обычные карбонатные и филлосиликатные минералы, содержащие следы катионов переходных металлов, могут катализировать геоэлектрохимическое восстановление CO2, производя метан, муравьиную кислоту, монооксид углерода, органику C2 и некоторые углеродно-азотные соединения.
|
|
|
|
Итак, как же нам переосмыслить порядок, в котором 20 незаменимых генетических аминокислот появились на ранней Земле? Ученые из Университета Аризоны утверждают, что нынешняя модель переоценивает частоту появления аминокислот у ранних форм жизни, что приводит к теории о том, что аминокислота, обнаруженная в наиболее насыщенном состоянии, должна была появиться первой. Это согласуется с существующими исследованиями, такими как статья 2017 года, в которой утверждается, что наши аминокислоты представляют собой лучшие из лучших, а не просто “застывшее стечение обстоятельств”. В своей статье ученые утверждают, что аминокислоты могли быть даже получены из разных частей молодой Земли, а не из единой среды.
|
|
|
|
Синтетическая биология подвергла эту идею поэтапного кодирования небольшому странному стресс-тестированию. В научной статье, опубликованной 30 апреля 2026 года, исследователи переработали основные рибосомные белки E. coli, удалив изолейцин, заменили все 382 остатка изолейцина в рибосоме и объединили 21 переработанную субъединицу рибосомы в нативном геномном локусе. В результате была получена жизнеспособная, эволюционно стабильная сконструированная клетка.
|
|
|
|
Хотя эта клетка не была ископаемой или моделью ранней Земли, она показала, что по крайней мере некоторые основные клеточные механизмы могут продолжать работать с сокращенным аминокислотным алфавитом, что делает упрощенные или переходные системы кодирования менее похожими на чистую биологическую доску.
|
|
|
|
Триптофан, обозначенный как W, был самой эффектной частью результатов PNAS 2024 года, поскольку ученые обычно рассматривали его как одну из последних канонических аминокислот, которые присоединились к генетическому коду. “Ученые пришли к единодушному мнению, что W была последней из 20 канонических аминокислот, которые были добавлены в генетический код”, - написали ученые. Но в своей реконструкции они обнаружили 1,2 процента W в данных до LUCA и 0,9 процента после LUCA. Это небольшая абсолютная разница, но относительное снижение составило 25 процентов.
|
|
|
|
В препринте bioRxiv, опубликованном в мае 2026 года и пересмотренном в июне, Вехби и его коллеги вернулись к триптофану с другой точки зрения: структурной филогенетике триптофанил-тРНК-синтетазы и тирозил-тРНК-синтетазы. Они утверждали, что использование триптофана, возможно, началось у бактерий, появилось позже у архей и стало универсальным благодаря горизонтальному переносу генов. Если эта интерпретация верна, последний шаг, который сделал триптофан универсальным, возможно, произошел после LUCA.
|
|
|
|
Почему последняя появившаяся аминокислота была более распространена до того, как началась ветвление всей последующей жизни? Команда предположила, что химическое объяснение может указывать на еще более древнюю версию генетической идеи. Как и во всех эволюционных процессах, нет никакой интуитивной причины, по которой какая-то одна успешная вещь должна быть единственной в своем роде или семействе, которые когда-либо существовали.
|
|
|
|
“Поэтапное построение современного кода и конкуренция между древними кодами могли происходить одновременно”, - заключают ученые. И, что интересно, “в древних кодах также могли использоваться неканонические аминокислоты”. Они могли возникнуть вокруг щелочных гидротермальных источников, которые, как полагают, сыграли ключевую роль в зарождении жизни, несмотря на тот факт, что возникшие в результате этого формы жизни прожили там недолго.
|
|
|
|
Чтобы применить эту теорию к остальной Вселенной, нам тоже не нужно далеко ходить. “Биотический синтез ароматических аминокислот может быть возможен на границе раздела воды и горных пород в подповерхностном океане Энцелада”, – объясняли ученые из Аризоны в 2024 году. Это хорошая причина продолжать наблюдать за ледяным спутником Сатурна.
|
|
|
|
В статье Nature Astronomy, опубликованной ранее в этом году, утверждалось, что статистическая организация аминокислотных и жирнокислотных ассоциаций может отличать биотические образцы от абиотических лучше, чем отдельные молекулы.
|
|
|
|
В другой статье, также опубликованной в журнале Nature Astronomy, на примере Энцелада, делается вывод о том, что неопределенность в абиотической химии может помешать будущим измерениям хиральности аминокислот и изотопов метана окончательно доказать существование биосферы, если ученые также не поймут геофизику Луны, запасы органического вещества и процессы переноса.
|
|
|
|
Источник
|
