ГЛАВНАЯ // NEWS


Ученые нашли недостающее звено в химии жизни

Происхождение жизни на нашей планете на протяжении долгого времени оставалось одной из величайших загадок, над разгадкой которой бились ученые. Один из ключевых вопросов, вызывавших наибольшие споры, заключался в том, какая часть истории зарождения жизни на Земле безвозвратно утрачена с течением эпох. Нередко целые виды могли исчезнуть в результате сложных биохимических реакций, и если подобное происходило с достаточно большим количеством видов, то сведения об этих реакциях могли быть полностью стерты из летописи эволюции.

Исследователи из Института наук о жизни Земли (ELSI) при Токийском технологическом институте и Калифорнийского технологического института (CalTech) решили выяснить, как можно обнаружить забытые биохимические реакции. Они предположили, что такая забытая химия могла бы проявляться как разрывы на пути от простых геохимических молекул к сложным биологическим.

Ранняя Земля была богата простыми соединениями, такими как сероводород, аммиак и углекислый газ, которые не обычно ассоциируются с поддержанием жизни. Однако миллиарды лет назад ранняя жизнь использовала эти простые молекулы в качестве сырья. С развитием жизни биохимические процессы постепенно преобразовывали эти предшественники в соединения, которые существуют до сих пор. Эти процессы представляют собой самые ранние метаболические пути.

Для моделирования истории биохимии исследователи из ELSI, среди которых Специально назначенные доценты Харрисон Б. Смит и Лиам М. Лонго, а также доцент Шон Эрин Макглинн, совместно с научным сотрудником Джошуа Голдфордом из CalTech, собрали инвентарь всех известных биохимических реакций, чтобы понять, какие типы химии способна выполнять жизнь.

Они обратились к базе данных Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, где каталогизировано более 12 000 биохимических реакций. С этими данными они начали моделировать поэтапное развитие метаболизма.

Предыдущие попытки моделирования эволюции метаболизма не приводили к созданию самых распространенных сложных молекул, используемых современной жизнью. Причина этого оставалась неясной. В новом исследовании , опубликованном в журнале Nature Ecology & Evolution, ученые столкнулись с той же проблемой: модель могла производить только несколько соединений.

Для решения этой проблемы исследователи решили выяснить, сколько реакций не хватает. Их поиск привел их к одной из важнейших молекул в биохимии — аденозинтрифосфату (АТФ).

АТФ является энергетической валютой клетки, так как используется для проведения реакций, таких как синтез белков, которые иначе не происходили бы в воде. Однако для образования самого АТФ требуется АТФ. Эта циклическая зависимость остановила модель.

Как преодолеть этот “узкий момент” с АТФ? Оказалось, что реактивная часть АТФ весьма похожа на неорганическое соединение полифосфат. Позволив реакциям генерации АТФ использовать полифосфат вместо АТФ и модифицировав всего восемь реакций, ученые смогли смоделировать почти весь современный метаболизм. Они смогли оценить относительный возраст всех распространенных метаболитов и исследовать историю метаболических путей.

Полифосфат — это неорганическое соединение, представляющее собой цепь из нескольких фосфатных групп, связанных друг с другом. Полифосфаты могут иметь разную длину цепи, начиная от двух и заканчивая сотнями фосфатных звеньев. Они играют важную роль в различных биологических процессах, особенно в метаболизме и энергетическом обмене.

Один из вопросов, который возник в ходе исследования, касался того, строились ли биологические пути линейно — когда одна реакция добавляется за другой, или же пути формировались мозаично, соединяя реакции разных возрастов. Ученые выяснили, что оба типа путей одинаково распространены.

Возвращаясь к первоначальному вопросу — сколько биохимии утрачено с течением времени? “Мы никогда не узнаем точно, но наше исследование показало важный факт: всего восемь новых реакций, напоминающих общие биохимические реакции, необходимы для связывания геохимии и биохимии,” — сказал Смит. “Это не доказывает, что утраченная биохимия мала, но показывает, что даже исчезнувшие реакции можно восстановить по оставленным следам в современной биохимии,” — заключил он.

Источник: SecurityLab


Powered by Отряд им. 7-го МАЯ