Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, имеет важное значение для поиска внеземной жизни, потому что оно дает исследователям новый ключ к поиску
— Викас Нанда, исследователь из Центра передовых биотехнологий и медицины (CABM) в Рутгерсе.
Основываясь на лабораторных исследованиях, ученые из Рутгерса утверждают, что одним из наиболее вероятных химических кандидатов, запустивших жизнь, был простой пептид с двумя атомами никеля. Они назвали вещество Nickelback не потому, что он имеет какое-то отношение к канадской рок-группе, а потому, что в его основе находится азот. Пептид является составной частью белка, состоящего из нескольких элементарных строительных блоков, известных как аминокислоты.
Ученые считают, что где-то между 3,5 и 3,8 миллиарда лет назад произошел переломный момент, что положило начало переходу от пребиотической химии — молекул до возникновения жизни — к живым биологическим системам. Мы считаем, что это изменение было вызвано несколькими небольшими белками-предшественниками, которые выполняли ключевые этапы древней метаболической реакции. И мы думаем, что нашли один из этих «первопроходческих пептидов»
— Викас Нанда.
Ученые, проводящие исследование, являются частью группы под руководством Рутгерса под названием «Эволюция наномашин в геосферах и микробных предках» (ENIGMA), которая является частью программы астробиологии НАСА. Исследователи стремятся понять, как белки эволюционировали, чтобы стать преобладающим катализатором жизни на Земле.
Исследуя вселенную с помощью телескопов и зондов в поисках признаков прошлой, настоящей или зарождающейся жизни, ученые ищут определенные «биосигнатуры», которые, как известно, являются предвестниками жизни. По словам Нанда, такие пептиды, как Nickelback, могут стать новейшей биосигнатурой, используемой для обнаружения планет, находящихся на грани зарождения жизни.
По мнению исследователей, оригинальное химическое вещество должно быть достаточно простым, чтобы его можно было спонтанно собрать в пребиотическую субстанцию. Но он должен быть достаточно химически активным, чтобы иметь возможность брать энергию из окружающей среды для запуска биохимического процесса.
Для этого ученые применили «редукционистский» подход: они начали с изучения существующих современных белков, которые, как известно, связаны с метаболическими процессами. Понимая, что белки слишком сложны, чтобы появиться на раннем этапе, они сократили их до базовой структуры.
Модельная структура NB и сравнение с природными ферментами. [Ni-Fe] гидрогеназа (слева) (идентификатор PDB: 5XLE) и ACS (справа) (идентификатор PDB: 1RU3) представляют собой большие сложные белки с активными центрами диметаллов, координируемыми несколькими лигандами. Модельная структура NB (посередине) объединяет элементы обоих активных центров в полипептид из 13 остатков.
После серии экспериментов исследователи пришли к выводу, что лучшим кандидатом является Nickelback. Пептид состоит из 13 аминокислот и связывает два иона никеля.
Никель, рассуждали они, был распространенным металлом в ранних океанах. При связывании с пептидом атомы никеля становятся мощными катализаторами, привлекая дополнительные протоны и электроны и производя газообразный водород. Ученые пришли к выводу, что водорода также было достаточно на ранней Земле, и он мог стать источником энергии для метаболизма.
Это важно, потому что, хотя существует много теорий о происхождении жизни, очень мало реальных лабораторных испытаний этих идей. Наша работа показывает, что простые белковые метаболические ферменты не только возможны, но и очень стабильны и очень активны, что делает их вероятной отправной точкой для жизни
— Викас Нанда.
