Самые основные черты биологии, то, что организмы состоят из клеток, что они передают генетическую информацию через ДНК, что они используют белковые ферменты для запуска своего метаболизма, — все это появилось в результате специфических процессов в очень ранней истории эволюции. Понимание того, как эти самые основные биологические системы впервые сформировались, даст нам не только возможность постичь то, как жизнь работает на самом фундаментальном уровне, но и то, что такое жизнь на самом деле, и как мы можем искать ее за пределами Земли
— Аарон Голдман, научный сотрудник. Профессор биологии Оберлинского колледжа.
Существует два основных подхода к изучению происхождения жизни: «снизу вверх» и «сверху вниз». Подход «снизу вверх» основан на лабораторных экспериментах, которые моделируют условия ранней Земли и ищут химические реакции, приводящие к образованию жизни. Это позволяет нам понять, как могли появиться основные биомолекулы и метаболические реакции, наблюдаемые в современных организмах. Однако этот подход не может раскрыть точные механизмы и условия возникновения жизни.
Подход «сверху вниз» основан на исследованиях существующих видов жизни и попытках реконструировать их древнюю историю. Однако этот подход также имеет свои ограничения, поскольку он не может восстановить все этапы эволюции жизни, включая самый ранний.
Аарон Голдман и его коллеги предложили новый подход, объединяющий оба метода. В статье «Электронно-транспортные цепи как окно в самые ранние стадии эволюции» они описывают, как можно использовать электронно-транспортные цепи в современных организмах как модель для изучения происхождения жизни. Цепи переноса электронов являются одним из ключевых компонентов жизненных процессов и могут предоставить нам ценную информацию о ранних стадиях эволюции.
Объединение подходов «снизу вверх» и «сверху вниз» позволяет более точно реконструировать происхождение жизни на Земле. Этот новый подход может дать лучшее понимание того, как самые основные биологические системы формировались в ранней истории эволюции. Он также может помочь открыть, что на самом деле представляет собой жизнь и как можно искать ее за пределами нашей планеты.
Электронно-транспортные цепи — системы белков и молекул, которые переносят электроны и протоны через мембраны клеток и вырабатывают энергию для жизни. Они есть у всех живых существ, от бактерий до человека, но могут быть разными в зависимости от типа жизни и ее энергетического метаболизма. Например, наши митохондрии имеют один тип электронно-транспортной цепи, а растения — другой. И в микробном мире есть много разных вариантов этих цепей.
Ученые считают, что изучая эти цепи, можно понять, какие процессы могли привести к появлению жизни на Земле. Они могут сравнивать разные типы цепей у разных организмов и находить общие черты и различия. Так возможно придумать модели электронно-транспортных цепей, которые могли быть у самых ранних форм жизни. Ученые также могут исследовать, как подобная химия могла работать в геологических условиях ранней Земли, например, с помощью минералов и океанской воды.
Научная публикация — результат пятилетней работы междисциплинарной группы ученых под руководством Лоры Баржа из Лаборатории реактивного движения НАСА. Работа ученых открывает нам окно в самые ранние стадии эволюции и приближает к разгадке загадки происхождения жизни. Объединение двух подходов позволяет рассматривать процессы возникновения жизни с разных сторон и получать более полную картину. Новый подход может стать ключом к пониманию того, как возникла жизнь и какую роль она играет во Вселенной.
