Може ли загадката за произхода на живота да бъде разрешена чрез изучаване на веригите за пренос на електрони?

Изправени пред огромния и тежък въпрос за произхода на живота, учени наскоро решиха да изследват веригите за пренос на електрони – ключови механизми в биологията. Като комбинираха традиционно различни подходи, авторите на изследването изказаха хипотезата, че тези вериги биха могли да бъдат ключът към първата искра на живота. Ако тази хипотеза се потвърди, тя може не само да хвърли светлина върху произхода на живота на Земята, но и да повлияе на търсенето на извънземен живот.

Произходът на живота на Земята остава един от най-загадъчните въпроси на съвременната наука. Фундаменталните характеристики на биологията, като клетъчния състав на организмите и пренасянето на генетична информация чрез ДНК, са възникнали чрез специфични процеси в началото на еволюционната история. Въпреки десетилетия на задълбочени изследвания учените така и не успяват да разгадаят точните механизми, довели до първата искра на живота.

Ново изследване показва, че отговорът може да се крие в един фундаментален елемент на биологията – веригите за пренос на електрони. Това откритие може не само да хвърли светлина върху първите мигове от зараждането на живота на нашата планета, но и да насочи търсенето на признаци на живот извън Земята. Резултатите от изследването са публикувани в списание PNAS.

Два подхода, обща цел

В опитите да се разбере произходът на живота през годините са разработени два основни подхода. Първият, известен като „отдолу-нагоре“, се базира на идеята за пресъздаване на първоначалните условия на Земята, за да се разбере как е могъл да възникне животът. Лабораторните експерименти, като тези, проведени от Стенли Милър през 1953 г., се опитват да симулират тези условия, водещи до образуването на аминокиселини – градивните елементи на живота.

Вторият подход, известен като подход „отгоре надолу“, има противоположна насоченост. Вместо да се тръгва от началните условия, той се фокусира върху живота, съществуващ днес. Изследователите анализират съвременните организми, особено най-простите и най-старите организми, в опит да проследят нишката на еволюцията и да изведат стъпките, довели до тяхната поява.

Въпреки напредъка, постигнат от тези два подхода, загадката за точния произход на живота остава неразгадана. Всеки от тях има своите ограничения: методът „отдолу-нагоре“ може да предложи само хипотетични сценарии, без да дава гаранция, че те действително са се случили в миналото. За разлика от него методът „отгоре-надолу“ е ограничен от запазването на следите от древен живот и от генетичните мутации, които може да са заличили някои важни улики.

Мостът между двата метода

Въпреки че двата предишни метода винаги са били считани за отделни направления на изследване, проучването, ръководено от Аарон Голдман от колежа Оберлин и Лора Бардж от Лабораторията за реактивно движение на НАСА, предлага новаторски подход. Той съчетава двата подхода, като се фокусира върху електронно-транспортните вериги – най-важните механизми за производство на енергия в клетките.

Чрез комбиниране на подходите „отдолу-нагоре“ и „отгоре-надолу“ изследователите се надяват да пресъздадат условията, при които тези вериги за пренос на електрони може да са се появили и развили. От една страна, моделирайки условията на първичната Земя (отдолу нагоре), те могат да проучат как първите механизми за пренос на електрони са могли да се развият от простите молекули. От друга страна, като изучават съвременните организми („отгоре надолу“), те могат да определят как тези механизми са се развили и адаптирали с течение на времето.

Електронно-транспортните вериги са универсалният ключ

Това обединяване на методите предлага уникална перспектива. Тя ни дава възможност да изследваме древния енергиен метаболизъм от различни ъгли, което позволява да получим по-цялостна картина. Тази перспектива предполага, че фундаменталните механизми за производство на енергия, които сега са общи за всички живи организми, може да са били в основата на възникването на самия живот.

Електронно-транспортните вериги са белтъчни комплекси, присъстващи в клетъчните мембрани на всички живи организми. Тяхната основна роля е да прехвърлят електрони от една молекула към друга, което води до образуването на АТФ – основният източник на химическа енергия за клетките. Благодарение на тази енергия клетките могат да изпълняват всички свои функции – от деленето до синтеза на протеини.

Голдман и Бардж предполагат, че много преди първите клетки е възможно да са съществували подобни метаболитни системи, които да помагат за генерирането на химическа енергия от ресурсите, налични в примитивната среда на Земята.

Статията описва бъдещите изследователски стратегии, които синтезират изследванията „отгоре-надолу“ и „отдолу-нагоре“ на ранната история на електронно-транспортните вериги, за да се разбере по-добре древният енергиен метаболизъм и произходът на живота като цяло.

Последиците за извънземните изследвания

Отвъд Земята разбирането на произхода на живота може да помогне на астробиолозите да търсят признаци на живот на другите планети. Разбирането на произхода на живота на Земята е от решаващо значение за тези изследвания. Ако успеем да определим как се е зародил животът на Земята, това може да ни даде сведения за процесите, които биха могли да доведат до появата на живот на други места. Ако веригите за пренос на електрони, необходими за производството на клетъчна енергия, са ключов елемент в произхода на живота на Земята, те могат да играят подобна роля и на другите планети.

Това би могло да разшири и да прецизира критериите ни за търсене на признаци на извънземен живот. И накрая, това разбиране би могло да повлияе и на проектирането на космическите мисии. Ако имаме ясна представа за това какви признаци на живот да търсим, това ще ни даде възможност да изберем приоритетните инструменти за космическите сонди или специфичните региони на дадена планета или луна, които трябва да бъдат изследвани.