Biolozi su otkrili metaboličke sustave koji su stariji od prvih stanica

Biolozi su otkrili metaboličke sustave koji su stariji od prvih stanica
Biolozi su otkrili metaboličke sustave koji su stariji od prvih stanica
Anonim

Proučavajući metabolizam primitivnih mikroba, biolozi su pipali tragove sustava koji bi mogao biti preteča živih stanica. Govorimo o složenom samoodrživom ciklusu biokemijskih reakcija, koji je postao osnova prvih živih organizama.

Postignuće je opisano u znanstvenom članku objavljenom u časopisu Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

Čak je i najprimitivnija živa stanica vrlo složena. Teško je vjerovati da je mogla nastati "gotova" iz mješavine odgovarajućih kemikalija. Vjerojatno su stanicama prethodili jednostavniji sustavi, također sposobni umnožavati se i razvijati, i u tom smislu živjeti. Postupno postajući sve složenijima i poboljšavajući se pod pritiskom prirodne selekcije, nastale su prve stanice.

Kakvi bi to sustavi mogli biti? Prije gotovo 50 godina, poznati biolog i koautor nove studije, Stuart Kauffman, sugerirao je da se radi o autokatalitičkim ciklusima kemijskih reakcija.

Objasnimo o čemu govorimo. Kad iste tvari mogu ući u različite kemijske reakcije, između reakcija počinje natjecanje za početne reagense. U biti je uključena prirodna selekcija. Reakcija koja ide brže pobjeđuje. A najbrže su reakcije čiji je produkt istovremeno katalizator koji ubrzava tijek iste reakcije (takvi se procesi nazivaju autokatalitičkim, odnosno potiču se sami na sebe).

No što se događa kada se potroše svi dostupni reagensi? Reakcija će, naravno, prestati, odnosno „umrijeti“. Da se to ne bi dogodilo, mora biti reverzibilan: uz izravan proces, gdje se početne tvari pretvaraju u proizvod, mora postojati i obrnuti proces, u kojem se proizvod opet "razgrađuje" u reagense.

Proračuni i pokusi pokazuju da su autokatalitički kemijski ciklusi sposobni "umnožavati se" i "razvijati", odnosno da bi doista mogli biti prethodnici života.

Image
Image

Dijagram samoodržive autokatalitičke mreže kemijskih reakcija koje bi mogle biti preteča života. Izvorne komponente označene su crvenom bojom.

Ilustracija Joana C. Xavier.

No, iz kakvog su ciklusa reakcije nastale prve žive stanice? Koautori novog članka Mike Steel sa Sveučilišta Canterbury na Novom Zelandu i Wim Hordijk s Instituta za evoluciju i kognitivna istraživanja Konrada Lorenza iznijeli su intrigantnu hipotezu.

Otkrili su čitavu klasu kemijskih ciklusa iznimno sličnih stvarnom metabolizmu živih stanica. Autori su ih nazvali refleksno autokatalitičkim mrežama generiranim hranom ili FAR.

FAR -ovi su zanimljivi ne samo zato što nalikuju pravim biokemijskim procesima. Također ih je lako započeti s potrebnim reagensima, vrijedi malo pogurati sustav dodavanjem početnog katalizatora.

"To fizičari nazivaju samoorganiziranjem, svojevrsnim svetim gralom u proučavanju podrijetla života", objašnjava Hordejk.

Autori novog članka krenuli su u potragu za RAF -om u metabolizmu primitivnih mikroba. Usredotočili su se na bakterije i arheje kojima nije potreban kisik, budući da se slobodni kisik pojavio na Zemlji milijardama godina nakon prvih živih organizama i, štoviše, kao proizvod njihove aktivnosti.

Otkrili su nekoliko različitih RAF -a u metabolizmu određenih mikroba. Najsloženiji od pronađenih sustava uključuje 1335 reakcija. Približno isti broj procesa određuje metabolizam moderne stanice. Međutim, istraživače su prvenstveno zanimali najjednostavniji ciklusi, koji bi mogli biti prethodnici složenih.

Kod mikroba, koji dobivaju energiju apsorpcijom vodika i ugljičnog dioksida (oba su bila prisutna u izobilju na ranoj Zemlji), stručnjaci su pronašli dva jednostavnija RAF sustava, koji, međutim, mogu obavljati osnovne funkcije metabolizma. Prvi je prisutan u organizmima koji proizvode metan i sadrži 209 reakcija. Drugi je karakterističan za mikrobe koji oslobađaju acetat i sastoji se od 394 reakcije.

U ovom slučaju, 172 reakcije su uobičajene za oba skupa. Nalaze se i u bakterijama i u arhejama i očito sežu do posljednjeg zajedničkog pretka svih živih bića.

Za razliku od gotovo svih biokemijskih reakcija, izolirani procesi ne zahtijevaju velike i složene proteinske molekule kao katalizatore. Dosta su im jednostavnije tvari - kofaktori i metalne čestice. Ipak, oni sintetiziraju aminokiseline (građevne blokove proteina) i dušikove baze (jednu od glavnih komponenti DNK i RNK).

Ti su biokemijski ciklusi vjerojatno stariji od gena. Možda je ovo posljednji biokemijski relikt prethodne stanice. Zanimljivo je da mikrobi u kojima su pronađeni žive u geotermalnim izvorima.

Preporučeni: