რადიკალური კვლევის თანახმად, სიცოცხლე დედამიწაზე შეიძლება ორჯერ აღმოცენდა — #1tvმეცნიერება
ის ფაქტი, რომ თქვენ, მე ან ნებისმიერი ცოცხალი არსება დღეს აქ ვართ, არის საოცარი იღბლიანი შემთხვევითობების დამსახურება, რომლებიც უკვე ოთხ მილიარდ წელიწადზე მეტია, რაც გრძელდება.
ერთ-ერთი ყველაზე დიდი დაბრკოლება სულ პირველი იყო — როგორ აღმოცენდა სიცოცხლე ისეთ ნივთიერებათა პირველყოფილ სოუსში, რომლებიც სულაც არ იყო ცოცხალი.
ჟურნალ Science Advances-ში გამოქვეყნებული ახალი, რადიკალური კვლევის თანახმად, ეს ზღვარი შეიძლება არა ერთხელ, არამედ ორჯერ გადაილახა.
ამ კვლევის მიხედვით, სიცოცხლის ორმა ძირითადმა ხაზმა — ბაქტერიებმა და არქეებმა შეიძლება ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გაარკვიეს მეტაბოლიზმის საიდუმლოები, რამაც ისინი არაცოცხლიდან ცოცხლებად გადააქცია. კვლევა ფოკუსირებული იყო ქიმიური იმ რეაქციების ყველაზე ელემენტარულ ერთობლიობაზე, რომლებიც, სავარაუდოდ, ამ ტრანსფორმაციის საშუალებას იძლეოდა.
„სიურპრიზი ისაა, რომ ფერმენტები, რომლებიც ამ რეაქციათა კატალიზებას ახდენს, არ არის შენარჩუნებული ბაქტერიებისა და არქეების გამმიჯვნელ ევოლუციურ ზღურბლზე. ახალი მონაცემები ტოვებს მხოლოდ ერთ დასკვნას. ბაქტერიული და არქეული ხაზები ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გადავიდა თავისუფალი ცხოვრების მდგომარეობაში. მხოლოდ თავისუფლად მცხოვრები უჯრედებია ცოცხალი. მოდი, დავარქვათ თავისი სახელი — ჩვენ წინაშეა გენეტიკური კოდის ერთი, მაგრამ სიცოცხლის ორი წარმოშობა“, — ამბობს დიუსელდორფის ჰაინრიხ ჰაინეს უნივერსიტეტის ბიოლოგი უილიამ მარტინი.
ძალიან თამამი განცხადებაა, განსაკუთრებით მაშინ, როცა თავად სიცოცხლის განსაზღვრებაც შეიძლება საოცრად რთული რამ იყოს.
ზოგადი თვალსაზრისით, სიცოცხლე განიხილება, როგორც მატერია, რომელიც რეაგირებს მის გარემოზე, იღებს ენერგიას, იზრდება და თავად მრავლდება.
როგორც ჩანს, ეს საფუძვლებს უნდა მოიცავდეს, მაგრამ ეს ფართო განმარტებაც კი არასრულყოფილია. ბოლოს და ბოლოს, ვირუსებს ამ ყველაფრის გაკეთება შეუძლიათ, მაგრამ ტრადიციულად არ მიიჩნევიან „ცოცხლებად“.
სიცოცხლის ერთი უნივერსალური ასპექტი, რომელიც ვირუსებს არ აქვთ, არის მეტაბოლიზმი — ქიმიურ რეაქციათა კრებული, რომელსაც ორგანიზმები იყენებენ მათი ყოველდღიური ფუნქციონირებისთვის გადამწყვეტი მოლეკულების საწარმოებლად.
ფერმენტები „მუშა ცხენი“ ცილებია, რომლებიც კატალიზატორის როლს ასრულებენ ორგანიზმებში ამ რეაქციებისთვის, მაგრამ ეს ბადებს ქათმისა და კვერცხის უცნაურ კითხვას.
თავად ფერმენტები ქიმიურ რეაქციათა პროდუქტებია და საინტერესოა, როგორ დაიწყეს პირველმა ორგანიზმებმა მეტაბოლიზმი, მათ შორის ფერმენტების გამომუშავება სხვა ფერმენტების დახმარების გარეშე?
როგორც ჩანს, პასუხი მათ გარემოცვაში იმალება.
ზოგადად მიჩნეულია, რომ პირველი სიცოცხლე აღმოცენდა უკიდურესად რეაქტიულ გარემოში, როგორიცაა ჰიდროთერმული ღრმულები. ლითონები, რომლებიც ბუნებრივად გვხვდება ასეთ ადგილებში, შეიძლება მეტაბოლიზმის პირველი კატალიზატორები ყოფილიყო — წყალბადის აირი, ამიაკი და ნახშირორჟანგი გარდაექმნა სხვა სასარგებლო მოლეკულებად.
„მეტაბოლიზმის შესახებ თითქმის ყველაფერი დებატების საგანია, მათ შორის ენერგიის, გენეტიკის, ავტოკატალიზატორების, ფოსფატის, კოფაქტორების, ციანიდის, ნახშირორჟანგისა და წყლის როლები. თუმცა ერთ ასპექტში ყველა დამეთანხმება — დაახლოებით 400-რეაქციის ქსელი, რომელიც H2-ს, CO2-ს, NH3-ს, H2S-ს და ფოსფატს ამინომჟავებად, ფუძეებად და კოფაქტორებად გარდაქმნის, ერთ წამში ვერ წარმოიშვებოდა“, — წერენ მკვლევრები.
მათი განცხადებით, გარემოს სპონტანური რეაქციებიდან მის წარმოქმნას მოუწია შეკრების შუალედური მდგომარეობების გავლა, რომლებიც აქამდე რთული იყო.
მკვლევრებმა ბაქტერიებისა და არქეების გენომებში ძირითადი მეტაბოლური ფერმენტების ცილოვანი სტრუქტურები შეისწავლეს და შექმნეს მეთოდი და ალგორითმი, რათა ისინი სირთულის მიხედვით დაელაგებინათ. ამის საფუძველზე, მათ შეეძლოთ განესაზღვრათ, რომელი მათგანი რა თანმიმდევრობით განვითარდა და შეადგინეს სავარაუდო ქრონოლოგია.
„დავადგინეთ, რომ ყველა უჯრედის ბოლო უნივერსალური წინაპარი, ანუ LUCA, ფლობდა მეტაბოლიზმის რეაქციათა დაახლოებით მხოლოდ ნახევარს. მეორე ნახევარი კატალიზირებული იყო LUCA-ს წარმოქმნის გარემოში არსებული ლითონებით“, — ამბობს მარტინი.
ჯგუფმა დაადგინა, რომ სავარაუდოდ არსებობდა კატალიზის (ფერმენტებით მართული რეაქციები) ოთხი სხვადასხვა ფაზა. პირველი ეფუძნებოდა მხოლოდ გარემოში არსებულ ლითონებს.
როგორც კი საკმარისი რაოდენობის სასარგებლო მოლეკულები დაგროვდება, ჯერ კიდევ არასრულად ცოცხალმა პროტოუჯრედებმა (რომლებიც მოიცავდა LUCA-საც) შეიძლება დაიწყეს საკუთარი ფერმენტების გამომუშავება, რომლებმაც იმ ლითონი კატალიზატორების გარკვეული ფუნქციები შეასრულეს.
დროთა განმავლობაში, გვიანდელმა პროტოუჯრედებმა სულ უფრო მეტი და მეტი ფერმენტი განავითარეს, იქამდე, ვიდრე მათი საჭიროება საერთოდ აღარ იქნებოდა. მხოლოდ ამ წერტილში უნდა მივიჩნიოთ ისინი „თავისუფლად მცხოვრებ უჯრედებად“.
მკვლევართა განცხადებით, მნიშვნელოვანია, რომ ეს არ მომხდარა იქამდე, ვიდრე ბაქტერიები და არქეები ერთმანეთს გამოეყოფოდნენ. ამ ორმა შტომ ერთი და იგივე პრობლემების გადაჭრის საკუთარი გზები იპოვა.
„ვხედავთ შემთხვევებს, სადაც ბაქტერიებისა და არქეების წინაპრებმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად განივითარეს სტრუქტურულად განსხვავებული ფერმენტები ერთი და იგივე მნიშვნელოვანი მეტაბოლური რეაქციის კატალიზებისთვის. ასეთ პარალელურ გამოგონებებს შეეძლოთ გზა გაეხსნათ თავისუფლად მცხოვრები ბაქტერიებისა და არქეების დამოუკიდებელი აღმოცენებისთვის“, — ამბობს დიუსელდორფის ჰაინრიხ ჰაინეს უნივერსიტეტის ბიოლოგი ნატალია მრნიავაცი.
კვლევამ შესაძლოა ასევე შეავსოს კიდევ ერთი ნაპრალი სიცოცხლის წარმოშობის შესახებ ჩვენს გაგებაში.
ამჟამად, მეტაბოლიზმის მთავარი ენერგიის წყაროა მოლეკულა, სახელად ატფ, მაგრამ ისიც ფერმენტებისგან შედგება და არ იყო ხელმისაწვდომი პრებიოტურ ქიმიაში. მკვლევართა განცხადებით, გამოავლინეს ალტერნატივა.
„როდესაც ფოსფიტთან რეაქციაში შევდივართ, ფოსფორის ფორმა, რომელიც ბუნებრივად გვხვდება ჰიდროთერმულ ღრმულებში, ორგანულ ნაერთებთან ერთად, ერთ ღამეში ვიღებთ წყალში მეტაბოლური ფოსფორილირების რეაქციებს. ფოსფიტი და პალადიუმი ანაცვლებს ატფ-ს და ფერმენტებს; საოცარია და ეს ადრეული ევოლუციის აღქმას ბევრად აადვილებს“, — ამბობს დიუსელდორფის ჰაინრიხ ჰაინეს უნივერსიტეტის მოლეკულური ევოლუციური მეცნიერი მანონ შილკერი.
თუმცა, ქიმიური რეაქციებისთვის გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს იმ გარემოს, რომელშიც ისინი მიმდინარეობს და მეცნიერებს ამ გარემოს შესახებ ჯერ მკაფიო წარმოდგენა არ აქვთ. წყალი იყო? თუ წებოვანი ნივთიერება?
თუ დასკვნები დასტურდება შემდგომი კვლევებით, როგორც ჩანს, სიცოცხლის ხეს, როგორიც ჩვენ ის წარმოგვიდგენია, შეიძლება განახლება დასჭირდეს. როგორც წესი, LUCA-ს ხის „ტანად“ აღვიქვამთ — სიცოცხლის ყველა სხვა ფორმა კი, წარსული და აწმყო არის მისი ტოტები.
თუმცა, ვინ იცის, შეიძლება ორი სრულიად სხვადასხვა „ტანი“ არსებობდა, რომლებიც ჯერ კიდევ ფესვებში გაიყვნენ, იქამდე, ვიდრე ისინი ტექნიკურად ცოცხლები გახდებოდნენ.
კვლევა Science Advances-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.