Въпреки годините на напредък, произходът на живота продължава да бъде една от най-трайните загадки на науката.
"Най-основните характеристики на биологията - че организмите са изградени от клетки, че предават генетична информация през ДНК, че използват протеинови ензими, за да управляват метаболизма си - всички са възникнали чрез специфични процеси в много ранна еволюционна история", обяснява Арън Голдман (Aaron Goldman), професор по биология в колежа Оберлин. "Да се разбере как тези най-основни биологични системи са се оформили за първи път не само ще ни даде по-добра представа за това как животът функционира на най-фундаменталното ниво, но и какво всъщност представлява животът на първо място и как можем да го търсим отвъд Земята."
Въпросът как се е появил животът обикновено се изучава чрез лабораторни експерименти, които симулират ранната среда на Земята и търсят химични вещества, които могат да създадат същите видове биомолекули и метаболитни реакции, които виждаме в организмите днес. Това е известно като подход "отдолу нагоре", тъй като работи с материали, които биха присъствали на пребиотичната Земя.
Докато тези така наречени експерименти с "пребиотична химия" успешно демонстрират как може да е възникнал животът, те не могат да ни кажат как всъщност е възникнал животът. Междувременно други изследвания използват техники от еволюционната биология, за да реконструират как може да са изглеждали ранните форми на живот въз основа на данни от живота днес. Това е известно като подход "отгоре надолу" и може да ни разкаже за историята на живота на Земята.
Изследванията отгоре надолу обаче могат да гледат само толкова назад, откакто е имало гени, които все още са запазени в организмите днес, и следователно не чак до произхода на живота. Въпреки ограниченията си, изследванията отгоре надолу и отдолу нагоре са насочени към общата цел да открият произхода на живота и в идеалния случай техните отговори трябва да се сближават с общ набор от условия.
Нова статия, публикувана от Голдман, Лори Бардж (Laurie Barge), изследовател по астробиология в Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА (JPL) и колегите ѝ, се опитва да преодолее тази методологична празнина. Авторите твърдят, че комбинирането на лабораторни изследвания отдолу нагоре на правдоподобни пътища към произхода на живота с еволюционни реконструкции отгоре надолу на ранни форми на живот може да се използва, за да се открие как животът наистина е възникнал на ранната Земя.
В своята статия авторите описват един феномен, който е основен за живота днес, който може да бъде изследван чрез комбиниране на изследвания отдолу нагоре и отгоре надолу: електронниte транспортни вериги.
Електронните транспортни вериги са вид метаболитна система, която се използва от бактерии до хора, за производство на използваеми форми на химическа енергия. Многото различни видове вериги за транспортиране на електрони са специализирани за всяка форма на живот и енергийния метаболизъм, който използват: например, нашите митохондрии съдържат верига за транспортиране на електрони, свързана с нашия хетеротрофен (който не може да произвежда своя собствена храна и вместо това разчита на приема на хранителни вещества от други източници) енергиен метаболизъм, докато растенията имат напълно различна верига за пренос на електрони, свързана с фотосинтезата (генерирането на енергия от слънчева светлина).
И в целия микробен свят организмите използват широка гама от вериги за пренос на електрони, свързани с различни енергийни метаболизми. Но въпреки тези разлики, авторите описват доказателства от изследване отгоре надолу, че този вид метаболитна стратегия е била използвана от най-ранните форми на живот и те представят няколко модела за вериги за пренос на електрони от предците, които биха могли да датират от много ранна еволюционна история.
Те също така проучват настоящите доказателства отдолу нагоре, които предполагат, че дори преди появата на живота, какъвто го познаваме, химията, подобна на веригата за пренос на електрони, може да е била улеснена от минерали и океанска вода от ранната Земя. Вдъхновени от тези наблюдения, авторите очертават бъдещи изследователски стратегии, които синтезират изследвания отгоре надолу и отдолу нагоре върху най-ранната история на електронните транспортни вериги, за да получат по-добро разбиране на древния енергиен метаболизъм и произхода на живота в по-широк план.
Справка: “Electron transport chains as a window into the earliest stages of evolution” by Aaron D. Goldman, Jessica M. Weber, Douglas E. LaRowe and Laura M. Barge, 14 August 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.DOI: 10.1073/pnas.2210924120
Източник: The Unsolved Enigma of the Origin of Life: A New Strategy, Oberlin College
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари