Жизнь на Земле могла зародиться без участия фосфатов

Ученые из Бостонского университета с помощью вычислительных методов показали, что жизнь, скорее всего, зародилась без участия фосфатных групп. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Одна из главных тайн происхождения жизни — то, каким образом фосфатные группы в живых организмах стали важными составляющими необходимых для жизни веществ. Фосфаты входят в состав фосфолипидов в структуре мембран клеток, фосфатные группы включены в молекулы ДНК, РНК, аденозинтрифосфата (АТФ), поставляющего энергию для большинства биохимических реакций, а также входят в состав соединения NADH, играющего важную роль в обмене веществ.

Однако в начале истории Земли фосфатов было не очень много, и они не существовали в легкодоступном виде. Ученые предполагали, что метаболизм древних организмов мог осуществляться без участия фосфатов. Существует гипотеза, что вместо фосфора в метаболизме участвовали сера или железо. Согласно этой теории, роль АТФ могли выполнять так называемые тиоэфиры, участвующие во многих биохимических процессах в организме, в частности в синтезе и распаде жирных кислот.

Однако до сих пор конкретных доказательств в пользу этой теории не было. Теперь американские ученые подтвердили, что метаболизм примитивных форм жизни мог осуществляться без участия фосфатных групп.

Исследователи выбрали восемь соединений, которые в свободном виде и достаточном количестве могли существовать на планете до зарождения жизни: углекислый газ, аммиак, сероводород, азот, бикарбонат, ацетат, формиат и воду. С помощью вычислительных методов и большой базы данных, содержащей набор всевозможных биохимических реакций, ученые выяснили, какие реакции могли иметь место между этими восемью веществами.

Оказалось, что эти соединения вполне могли строить метаболические пути, независимые от фосфатов. Анализ выявил метаболическую сеть, состоящую из 315 реакций и 260 метаболитов, способных поддерживать биосинтез многих необходимых для жизни молекул, таких как аминокислоты. Выяснилось, что в таком метаболизме принимали бы участие ферменты, в основном содержащие железо и серу, а роль АТФ могли бы выполнять тиоэфиры.

Полученные данные еще не в состоянии окончательно доказать, что жизнь зародилась без участия фосфатов. Однако результаты исследования поддерживают железосерную гипотезу зарождения жизни, а также теорию, которая говорит о том, что нуклеиновые кислоты появились раньше, чем метаболизм на основе фосфатов. Также полученные данные ставят под сомнение «гипотезу мира РНК», предполагающую, что молекулы РНК были предшественниками всех форм жизни на Земле.