Американские ученые установили новые подробности о происхождении электрон-транспортных цепей в различных клетках. Для этого они объединили два противоположных подхода, которые используются в исследованиях, посвященных происхождению жизни на Земле. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Вопрос происхождения жизни на Земле является одним из фундаментальных в науке. Обычно для этого проводят эксперименты в особых лабораторных условиях, которые имитируют условия на древней Земле. В таких экспериментах ученые обращают внимание на химические процессы: какие макромолекулы, имеющие биологически важное значение, могут образоваться из более простых веществ и какие реакции, сейчас являющиеся частью метаболизма многих организмов, могли происходить уже тогда. Этот подход, изучающий пребиотическую химию, позволяет предположить, как жизнь могла появиться на Земле, но не дает конкретных фактов. Такой подход анализа называется восходящим, но есть противоположный ему — нисходящий. В этом случае эволюционные биологи пытаются понять, как выглядели более ранние организмы, основываясь на современных особях. Ограничение такого анализа состоит в том, что данные основываются на генах, которые сохранились и дошли до нашего времени, тогда как некоторые из них могли быть утеряны. Несмотря на ограничения восходящего и нисходящего подходов, у них общие цели, и в идеале оба подхода должны быть объединены.
Американские ученые смогли объединить восходящий и нисходящий подходы при исследовании электрон-транспортных цепей (ЭТЦ). ЭТЦ — это метаболические системы, которые используются широким спектром организмов — от бактерий до людей. Их функция — выработка химических форм энергии. При этом в разных организмах ЭТЦ специализированы: у растений, например, они приспособлены к фотосинтезу, и даже среди бактерий ЭТЦ различны из-за того, что они используют разные вещества в качестве источников энергии. С помощью нисходящего подхода ученые попытались описать, какие метаболические стратегии использовались древними формами жизни, и представили несколько моделей древних ЭТЦ, связав их с эволюционной историей. Они также подкрепили свои выводы с помощью восходящего анализа, показав, что химические каскады, напоминающие ЭТЦ, могли происходить и до появления жизни на Земле, для чего было достаточно разных горных пород, минералов и воды. Таким образом, объединив два противоположных подхода, ученые смогли описать происхождение ЭТЦ.
Это исследование — результат работы, которая велась на протяжении пяти лет междисциплинарной командой при поддержке NASA и фонда NSF. Основная цель команды — понять, какие метаболические реакции могли происходить до появления жизни на Земле в ее древних геологических условиях. В прошлом ученые уже показали, как реакции, присущие ЭТЦ, могли происходить в присутствии минералов, а также выяснили, как древние ферменты могли использовать пребиотическую химию. Исследователи также изучали микроорганизмы, которые обитают в средах, где энергию получить очень трудно. Методы, которые используют ученые, объединяют химию, биологию, геологию и вычислительное моделирование, и все они позволяют лучше представить, как появилась жизнь на Земле.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
