Ученые Иллинойсского университета нашли подтверждение метаболической теории зарождения жизни и составили «дерево» молекулярных функций, способное предсказать дальнейшее развитие живых организмов на Земле.

Жизнь на Земле появилась из малого — элементы соединились, чтобы сформировать углеродные молекулы, которые стали предтечами всех последующих. Но каким был следующий шаг, доподлинно неизвестно.

Одна из распространенных гипотез гласит, что все началось с молекул рибонуклеиновой кислоты, которые содержали генетический материал для создания белков и могли выполнять простые химические реакции. Другие ученые отвергают эту идею, считая, что РНК слишком сложная и большая молекула, чтобы с нее все началось. Они утверждают, что должна быть какая-то более простая молекула с метаболическими функциями, и открытие специалистов из Иллинойса подтверждают эту теорию.

«Все живые организмы обладают метаболизмом, набором химических трансформаций, поддерживающих жизнь, дающих энергию и материю, необходимые для функционирования клеток. Эти метаболические трансформации начались очень давно на Земле. Вероятно, организмы заменили химические реакции, уже происходящие на планете, и приняли их в клетки посредством развития ферментативной активности», — говорит профессор Густаво Каэтано-Анноле.

Он и его коллега Ибрагим Коч обнаружили свидетельства метаболической гипотезы, изучив эволюцию молекулярной функции в организмах, представленную во всех формах жизни. Для этого они воспользовались базой данных проекта «Генная онтология», в которой содержится геном 249 организмов, и для каждой молекулы белка или РНК есть набор условий, описывающих их функции. Это самый удобный способ понять, как работает организм, считают ученые.

По словам профессора Каэтано-Анноле, количество появлений функции в геноме дает нам информацию об ее истории. Определенные функции, например, каталитическая активность метаболизма, скорее всего, общая для всех организмов и встречается часто. Менее распространенные функции, с другой стороны, будут более современными.

Вооружившись этой информацией и новейшими компьютерными технологиями, ученые составили дерево наиболее вероятных маршрутов метаболических функций, развивающихся во времени. В самом его низу, около корней, расположены самые древние функции: метаболизм и связь. «Логично, что две этих функции зародились очень давно, потому что молекулы сначала нуждались в энергии, которую можно получить посредством метаболизма, и должны были взаимодействовать с другими молекулами», — говорит профессор.

Следующим шагом стали функции, позволившие появиться макромолекулам. Именно тогда на сцену вышла РНК. Затем появился механизм интеграции молекул в клетки, а за ним — функции коммуникации между клетками и их окружением. И чем выше к кроне дерева, тем более сложные функции мы видим: мускулы, кожу, нервную систему, пишет Phys.org.

Знание темпа развития этих молекулярных функций позволяет также предсказать направление развития жизни на Земле. «Люди считают, что эволюция — это взгляд назад, — говорит профессор Каэтано-Анноле. — Но мы можем использовать нашу хронологию и методологию, чтобы понять, какие новые молекулярные функции появятся в будущем».

Доказательства другой теории происхождения жизни — из глины — предложила группа американо-канадских ученых. Они показали, как при помощи катализатора в виде добиологических метаболитов происходит синтез глины всего за 20 часов при температуре 90° C и давлении в 1 атм.

Источник: hightech.fm