После формирования Земли около 4,5 миллиарда лет назад поверхность планеты сильно отличалась от того, какой она выглядит сейчас. Большие астероиды регулярно попадали в земную кору, а температура была намного выше. Понимание того, как процессы, приведшие к появлению первых организмов, могли зародиться в такой враждебной среде, является загадкой, которую наука все еще пытается разгадать.
Исследователи из Университета Рутгерса в Нью-Джерси (США) выдвинули свою версию того, как появилась первая живая клетка. Это две белковые структуры, которые ответственны за первый метаболизм. Их работа, опубликованная в журнале Proceedings Национальной академии наук (PNAS ), реконструирует анатомию и эволюцию первых белков, появление которых оценивается между 3500 и 2500 миллионами лет назад.
Белки – это простые молекулы, инициировавшие первые химические процессы, из которых возникла первая жизнь. Они состоят из цепочек аминокислот и играют фундаментальную роль для биомолекул. Команда ученых сосредоточила свои исследования на двух конкретных типах белка: ферредоксине и свертке Россмана.
Ферредоксин представляет собой белок, связывающий железо и соединение серы, которые в большом количестве присутствовали на ранних стадиях развития Земли. «В дополнение к аминокислотам, соединениям углерода, азота, кислорода, серы и водорода, самые ранние белки, вероятно, использовали металлы, в первую очередь железо», – объясняет соавтор Викас Нанда, профессор биохимии и молекулярной биологии в Медицинской школе Роберта Вуда Джонсона в Рутгерс. «Железо можно использовать для перемещения электронов, и оно должно было играть ключевую роль в процессах переноса электронов на ранних этапах метаболизма», – добавил он.
Фактически, ферредоксины транспортируют электроны вокруг клеток, чтобы стимулировать обменные процессы. Электроны протекают через твердые вещества, жидкости и газы и питают живые организмы. Авторы считают, что такой же электрический заряд должен быть в любой другой планетарной системе, на которой может присутствовать жизнь.
Другим ключевым элементом была складка Россмана, особый тип нуклеотидсвязывающей структуры белка (фундаментальные молекулы для ДНК и РНК). Сочетание этих двух процессов заложило бы основу первых блоков для создания жизни. «Мы считаем, что жизнь возникла из очень маленьких блоков, из которых позже сформировались более сложные клетки и организмы, в том числе и люди», – говорит ведущий автор исследования Пол Фальковски, директор Лаборатории экологической биофизики и молекулярной экологии.