Произходът на живота на Земята е загадка, която отдавна убягва на учените. Ново проучване установи, че превръщането на прости геохимични съединения в сложните молекули на живота изисква 8 биохимични реакции.
Изследователи от Токийския технологичен институт и Калифорнийския технологичен институт се опитват да възстановят "загубената химия", която би могла да обясни произхода на живота на Земята – преходът от прости геологични "мъртви" молекули към сложни биологични молекули и живи организми.
Анализът показва, че са достатъчни няколко реакции, загубени в процеса на еволюцията. Неразрешен въпрос в еволюцията е дали съвременната биохимия може да се използва за реконструиране на пътя от геохимичните прекурсори до съвременните обичайни биомолекули.
Ранната Земя е била богата на прости съединения като сероводород, амоняк и въглероден диоксид - молекули, които обикновено не се свързват с поддържането на живота. Но преди милиарди години ранният живот е разчитал на тези прости молекули като източник на суровини. С развитието на живота биохимичните процеси постепенно трансформират тези прекурсори в съединения, които се срещат и днес. Тези процеси представляват най-ранните метаболитни пътища.
За да моделират историята на биохимията, изследователите се нуждаят от опис на всички известни биохимични реакции, за да се разбере какви видове химия животът може да извърши. Учените са използвали базата данни KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes - Енциклопедия на гените и геномите на Киото), която каталогизира повече от 12 000 известни биохимични реакции. Въз основа на тези реакции биохимиците започват да възстановяват поетапното развитие на метаболизма.
Когато изследователите задействат своя модел, те откриват, че само няколко съединения могат да бъдат получени от източниците, налични на ранната Земя. Някои важни елементи обаче липсват. Един от най-важните сред тях е аденозинтрифосфатът (АТФ). АТФ е ключов елемент в енергийния метаболизъм в клетките на живите организми, необходим за иницииране на реакции (като изграждане на протеини), които иначе не биха възникнали във водна среда.
Но тази молекула има уникално свойство: самите реакции, при които се образува АТФ, изискват подобно енергийно снабдяване. С други думи, съвременните живи организми не могат да произвеждат АТФ без АТФ.
Анализирайки това ограничение, изследователите откриват, че реактивната част на АТФ е забележително подобна на неорганичното съединение полифосфат. Анализът показва, че чрез промяна на само осем процеса, за да се позволи на реакциите, генериращи АТФ, да използват полифосфат вместо АТФ, може да се постигне почти целият съвременен основен метаболизъм.
Изследването е публикувано в списанието Nature Ecology & Evolution.
За да изгради модел на еволюционната история на метаболизма в мащаба на биосферата, изследователският екип съставя база данни от 12 262 биохимични реакции от базата данни KEGG. Кредит: Goldford, JE, Nat Ecol Evol (2024)
След това изследователите биха могли да оценят относителната възраст на всички общи метаболити и да зададат трудните въпроси за историята на метаболитните пътища.
Един такъв въпрос е дали биологичните пътища са били изградени по линеен начин - в който една реакция след друга се добавят последователно - или реакциите на пътищата са се появили като мозайка, в която реакции от много различни етапи от миналото са обединени в нещо ново. Изследователите успяват да определят това количествено, установявайки, че и двата вида пътища са почти еднакво често срещани в целия метаболизъм.
Но да се върнем на въпроса, който вдъхнови изследването - колко биохимия се губи във времето?
"Може никога да не разберем със сигурност, но нашето изследване предостави важно доказателство: само осем нови реакции, наподобяващи обикновени биохимични реакции, са необходими за свързване на геохимията и биохимията", отбелязва Харисън Смит (Harrison B. Smith), съавтор на изследването.
Учените смятат, че историята на еволюцията може никога да не бъде реконструирана точно, но проучването показва, че дори изчезнали реакции могат да бъдат открити с помощта на улики, оставени в съвременната биохимия. Тези изследвания са необходими не само за изучаване на биологичната история на Земята, но и за разбиране на условията, необходими за произхода на живота извън нашата планета.
Справка: Joshua E. Goldford et al, Primitive purine biosynthesis connects ancient geochemistry to modern metabolism, Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-024-02361-4
Източник: Scientists uncover a multibillion-year epic written into the chemistry of life , Tokyo Institute of Technology
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари