На початку історії Землі був критичний момент, коли хімічні реакції між сумішшю органічних молекул почали запускатися зсередини, утворюючи щось, що ми могли б вважати біологічним.
Те, як могла виглядати ця перша метаболічна реакція, залишається предметом припущень. Він мав бути досить простим, щоб виникнути з різноманітних компонентів, які, імовірно, вже були присутні, але все ще достатньо ефективним, щоб служити каталізатором змін у своєму оточенні.
Зараз команда дослідників з Університету Рутгерса та Міського коледжу Нью-Йорка в США ідентифікувала білок, який, можливо, зіграв вирішальну роль у появі життя таким, яким ми його знаємо, – простий пептид, який вони називають нікельбеком .
Це не данина пам’яті відомому канадському рок-гурту , а радше посилання на основу білка, що складається з ланцюга амінокислот і двох атомів азоту, пов’язаних з парою атомів нікелю.
Це відкриття не тільки може пролити більше світла на те, як зародилося життя тут, на Землі, воно також може дати астрономам ще одну підказку в пошуку життя на інших планетах, де ці важливі хімічні інгредієнти тільки починають формуватися.
«Науковці вважають, що десь між 3,5 і 3,8 мільярдами років тому відбулася переломна точка, те, що поклало початок зміні від пребіотичної хімії – молекул до життя – до живих біологічних систем», – каже біохімік і молекулярний біолог Вікас Нанда з Rutgers . Університет в Нью-Джерсі.
«Ми вважаємо, що зміна була викликана кількома невеликими білками-попередниками, які виконали ключові етапи в давній метаболічній реакції. І ми думаємо, що знайшли один із цих піонерських пептидів».
Щоб дійти до свого остаточного пептидного дизайну, вчені почали з сучасних білків, які забезпечують метаболічні процеси, важливі для багатьох біохімічних реакцій. Стародавні білки були б набагато простішими, тому ці білки потім розклали на основні частини.
Серія експериментів показала, що нікельбек є ймовірним кандидатом на те, що він досить простий, щоб утворитися на добіотичній Землі, але досить складний, щоб брати енергію з навколишнього середовища та робити з ним щось. Він використовує в цілому 13 амінокислот; ці молекули часто описують як «будівельні блоки» для білків і, власне, для самого життя.
До цього основного скелета два атоми нікелю можуть приєднуватися та віддзеркалювати основну активність групи нікель-залізо в [NiFe] гідрогеназі та нікель-нікелевого кластера в ацетил-КоА-синтазі , двох стародавніх білків, які продовжують відігравати важливу роль у метаболізмі сьогодні .
Нікель був би поширеним металом у перших океанах нашої планети. Важливо те, що при зв’язуванні з пептидом атоми нікелю діють як каталізатор у вивільненні газоподібного водню, який був би життєво важливим джерелом енергії мільярди років тому. Найважливіше те, що команда змогла продемонструвати, як усі ці процеси працюють у лабораторії.
«Це важливо, тому що, попри те, що існує багато теорій про походження життя, фактичних лабораторних тестів цих ідей дуже мало», — каже Нанда.
Якщо нікельбек зіграв значну роль у зародженні життя на Землі, розумно припустити, що він може формуватися і на інших планетах – можливо, на планетах, які не так далеко просунулися у своїй еволюції, як ми.
Дослідники використовують те, що називається біосигнатурами, щоб шукати життя далі у Всесвіті, хімічні сліди, які можуть свідчити про наявність або розвиток організмів. Nickelback потенційно може бути доданий до цього списку біосигнатур.
Зазирнути назад до самого початку життя на Землі нелегко, але завдяки деяким розумним технікам, які дозволяють працювати у зворотному напрямку від сьогодні, ми поступово отримуємо краще уявлення про те, як складне життя сформувалося в першу чергу.
«Ця робота показує, що не тільки можливі прості білкові метаболічні ферменти, але й те, що вони дуже стабільні та дуже активні, що робить їх вірогідною відправною точкою для життя», — каже Нанда.