15 авг 2023 954

Тайна происхождения жизни: новый подход объединяет «снизу вверх» и «сверху вниз»

Происхождение жизни остается одной из самых загадочных проблем науки. Несмотря на множество открытий и прогресс в биологии, мы все еще не понимаем, как именно возникла жизнь на Земле. Это вопрос не только о том, как были сформированы основные биологические системы, но и о том, что такое жизнь на самом деле, и можно ли найти ее не только на Земле.

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.