11.08.2014

Первые земные биохимические реакции обходились без ферментов

Всякий раз, когда учёные пытаются представить появление жизни на Земле, они сталкиваются с множеством проблем. Например, нужно решить, с каких молекул в те далёкие времена могла начаться жизнь: одни считают, что с РНК, другие — что всё-таки с белков.

Ещё одна проблема связана с мембранами: биологические процессы должны были идти в некоем небольшом объёме, и одному такому объёму-клетке требовалось отличаться от другого. Но что было первой границей, которая отделила протоклетку от окружающей среды?

Наконец, возникает вопрос о метаболизме: всё-таки химические реакции, которые в ту далёкую пору уже шли в живых организмах, должны были бы довольно сильно отличаться от «химии» внешней среды, но на основе чего тогдашние клетки сумели создать в себе метаболические пути?

Предполагается, что «живой» метаболизм возник из «неживых» модулей, и исследователи представляют довольно убедительные доказательства того, как древнейшие геохимические процессы могли перейти в биохимические. Но как именно произошёл такой переход и возможен ли он был, так сказать, по химическим показателям? На этот вопрос пытаются ответить в своём исследовании Маркус Ральзер (Markus Ralser) и его коллеги из Кембриджского университета (Великобритания).

То, из чего состоял древнейший океан, когда в нём зарождалась жизнь, мы можем узнать по геологическим отложениям. Известно, что в ту пору в воде плавали соединения железа, кобальта, никеля, молибдена и фосфора. Исследователи сымитировали древнюю комбинацию этих элементов в растворе, добавив к ним сахара, соединённые с фосфорной кислотой. И оказалось, что при определённой температуре эти самые сахара в смеси метаболизируются так же, как в живой клетке: реакции с углеводами шли быстрее и стабильнее именно в присутствии железа, никеля, молибдена и т. д.

При этом, заметим, никаких ферментов тут нет, и кислорода тоже заметно меньше, чем в живой клетке, то есть биохимическую работу выполняет, грубо говоря, смесь металлов.

Без каких-либо ферментов, с одними лишь микроэлементами, можно было выполнить 29 разных биохимических реакций, включая и ту, при которой образуется рибозо-5-фосфат, образующий цепь РНК. (Предполагается, что углеводы могли образоваться сами, в результате обычной, «неживой» химии.) И это, конечно, сильнейший аргумент в пользу превращения химической эволюции в биологическую: нам не нужен никакой «животворящий дух», который откуда-то спустился и сделал Землю обитаемой. Необходимая для жизни биохимия могла возникнуть до появления клеток, с помощью пригоршни праха металлов.

И тут, кстати, возникает вопрос: а не случилось ли такой же комбинации микроэлементов где-нибудь ещё во Вселенной? Впрочем, если мы так рассуждаем, то тем самым неявно полагаем, что любая жизнь должна быть белковой и развиваться по тем же молекулярным лекалам, что и на Земле.

Подготовлено по материалам Astrobiology Magazine. Изображения на заставках принадлежат Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. computerra.ru