Мангановите йони може да са помогнали за защитата от гама радиация на ранните градивни елементи на живота - без тези йони радиацията разгражда всеки потенциал за формиране на живот. Въпреки че няма доказателства, че истинските предшественици на живота са имали тази форма на защита, откритията от този модел дават първото възможно обяснение за това как е могло да бъде преодоляно това специфично препятствие пред появата на живота.

Една от многото загадки, свързани с произхода на живота, е как молекулите, необходими за началото на живота, са оцелели при силната радиация, на която са били изложени по онова време. Космосът е място за удивително сложна химия. Открити са много от аминокиселините, необходими за живота, в астероиди, което предполага, че те биха могли да се появят на Земята, когато тя е изстинала достатъчно, за да оцелеят подобни сложни органични молекули.

Топлината обаче е само една от заплахите за такива деликатни структури. Гама радиацията е друга, а е известно, че на ранната Земя е имало много радиация. Екип, ръководен от професор Бин Тиен (Bing Tian) от Университета в Джъдзян, изследва до каква степен протеините и други молекули могат да оцелеят при големи дози йонизираща радиация.

В земна лаборатория Deinococcus radiodurans издържат при екстремни нива радиация до 1.5 милиона рада (500 рада са смъртоносни за хората), екстремни температури, обезводняване и въздействие на геннотоксични химически реактиви, свръхустойчива на окисляване, йонизация и ултравиолетово излъчване. Източник: Michael Daly (Uniformed Services University of the Health Sciences)

Заплахата от радиацията за органичните молекули не винаги е пряка. Тя може да доведе до разграждане на водата, като се образуват реактивни кислородни видове, които нанасят още по-големи щети чрез оксидативен стрес.

Deinococcus radiodurans е бактерия, която, както подсказва името ѝ, е способна да преживее радиация, която би била смъртоносна за почти всички други известни живи същества. Тя е особено устойчива и на други заплахи като дехидратация и киселинност. За да се разбере как първите организми и техните неживи предшественици са оцелели в условия, които са крайно негостоприемни за живота, изучаването на D. radiodurans може да бъде добро начало.

Метеоритът Мърчисън доказва, че много от градивните елементи на живота са били налични на ранната Земя, но едва сега разбираме защо те не са били унищожени. Кредит: James St. John via Flickr (CC BY 2.0)

По-ранни изследвания показват, че един от триковете на D. radiodurans е да използва манганови 3+ йони. Те предпазват уязвимите молекули на бактерията от оксидативен стрес, което кара Тиен да се замисли дали не биха могли да направят същото и за пребиологичните молекули. Освен това други форми на живот с необичайна устойчивост към радиоактивност също натрупват много манганови йони.

Изследователите предполагат, че фосфатните остатъци, известни като полифосфати, също биха могли да играят  известна роля. Полифосфатите са присъствали на Земята много преди възникването на живота, вероятно са се образували във вулкани, и се предполага, че са дарили фосфати на жизненоважни молекули като АТФ, които клетките използват за съхраняване на енергия.

Екипът формира моделни протоклетки от течни капки, известни като коацервати, и ги облъчва с достатъчно гама радиация така, че да придобият важни характеристики. Един вид коацерват, съдържащ полифосфат-манган, оцелял невредим, включително и протеините, които привлякъл от заобикалящата го среда. Другият вид, който все още е съдържал полифосфати, но е бил свързан с пептид вместо манган, е бил унищожен.

Мангановите антиоксиданти са толкова добри в отстраняването на реактивните кислородни видове, че не е останало нищо, което да увреди протеините, заключава екипът. Те повтарят експеримента с ДНК в коацерватите и отново наблюдават устойчивост на радиация.

От тази работа все още има много време, за да разберем как е могъл да започне животът. Много стъпки би трябвало да са извършени при комбинирането на мангановите йони и полифосфатите с другите съставки, необходими за самовъзпроизвеждането. Въпреки това може би е преодоляна още една на пръв поглед непреодолима пречка пред огромното предизвикателство за възникване на живото от неживото.

Справка: Dai, S., Xie, Z., Wang, B. et al. An inorganic mineral-based protocell with prebiotic radiation fitness. Nat Commun 14, 7699 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43272-5 

Източник: How The Building Blocks Of Life Survived Early Earth's Extreme Radiation, IFLScience

Още по темата

10/11/2020

Животът

Тази бактерия оцеля от външната страна на космическата станция цяла година

19/03/2015

Животът

Екстремофилите - живот на ръба