Группа ученых из Рутгерса, посвятившая себя выявлению первоисточников метаболизма — набора основных химических реакций, которые привели к возникновению жизни на Земле, — идентифицировала часть белка, который может дать ученым ключи к обнаружению планет, находящихся на грани возникновения жизни.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, имеет важное значение для поиска внеземной жизни, потому что оно дает исследователям новый ключ к поиску, сказал Викас Нанда, исследователь из Центра передовых биотехнологий и медицины (CABM) в Рутгерсе.
Основываясь на лабораторных исследованиях, ученые из Рутгерса говорят, что одним из наиболее вероятных химических кандидатов, запустивших жизнь, был простой пептид с двумя атомами никеля, который они назвали «Никельбэк» не потому, что он имеет какое-то отношение к канадской рок-группе, а потому, что в его основе находится азот. атомы связывают два критических атома никеля. Пептид является составной частью белка, состоящего из нескольких элементарных строительных блоков, известных как аминокислоты.
«Ученые считают, что где-то между 3,5 и 3,8 миллиардами лет назад произошел переломный момент, что положило начало переходу от пребиотической химии — молекул до возникновения жизни — к живым биологическим системам», — сказал Нанда. «Мы считаем, что это изменение было вызвано несколькими небольшими белками-предшественниками, которые выполняли ключевые этапы древней метаболической реакции. И мы думаем, что нашли один из этих «первопроходческих пептидов»».
Ученые, проводящие исследование, являются частью группы под руководством Рутгерса под названием «Эволюция наномашин в геосферах и микробных предках» (ENIGMA), которая является частью программы астробиологии НАСА. Исследователи стремятся понять, как белки эволюционировали, чтобы стать преобладающим катализатором жизни на Земле.
Обыскивая вселенную с помощью телескопов и зондов в поисках признаков прошлой, настоящей или зарождающейся жизни, ученые НАСА ищут определенные «биосигнатуры», которые, как известно, являются предвестниками жизни. По словам Нанда, такие пептиды, как никельбэк, могут стать новейшей биосигнатурой, используемой НАСА для обнаружения планет, находящихся на грани зарождения жизни.
По мнению исследователей, оригинальное химическое вещество должно быть достаточно простым, чтобы его можно было спонтанно собрать в пребиотический суп. Но он должен быть достаточно химически активным, чтобы иметь возможность брать энергию из окружающей среды для запуска биохимического процесса.
Для этого исследователи применили «редукционистский» подход: они начали с изучения существующих современных белков, которые, как известно, связаны с метаболическими процессами. Зная, что белки слишком сложны, чтобы появиться на раннем этапе, они сократили их до базовой структуры.
После серии экспериментов исследователи пришли к выводу, что лучшим кандидатом является Nickelback. Пептид состоит из 13 аминокислот и связывает два иона никеля.
Никель, рассуждали они, был распространенным металлом в ранних океанах. При связывании с пептидом атомы никеля становятся мощными катализаторами, привлекая дополнительные протоны и электроны и производя газообразный водород. Исследователи пришли к выводу, что водорода также было больше на ранней Земле, и он был бы важным источником энергии для метаболизма.
«Это важно, потому что, хотя существует много теорий о происхождении жизни, очень мало реальных лабораторных испытаний этих идей», — сказал Нанда. «Эта работа показывает, что простые белковые метаболические ферменты не только возможны, но и очень стабильны и очень активны, что делает их вероятной отправной точкой для жизни».