Tyrimą atlikusi komanda nusprendė pradėti nuo prielaidos, kad mums žinoma gyvybė priklauso nuo energijos kaupimo ir naudojimo. Pirmykštėje senovinės Žemės „sriuboje“ ši energija greičiausiai buvo gaunama iš dangaus, per Saulės spinduliuotę – arba iš pačios Žemės gelmių, per šilumą, besiskverbiančią iš hidroterminių angų senovinių jūrų dugne.
Molekuliniu lygmeniu šis energijos naudojimas reiškia elektronų perdavimą, t.y. pagrindinį cheminį procesą, kurio metu elektronas iš vieno atomo ar molekulės pereina į kitą. Elektronų perdavimas yra oksidacijos ir redukcijos reakcijų, kurios yra gyvybiškai svarbios kai kurioms pagrindinėms gyvybės funkcijoms, pagrindas.
Kadangi metalai yra geriausi elementai elektronų perdavimo vykdymui, o sudėtingos molekulės, vadinamos baltymais, lemia daugumą biologinių procesų, tyrėjai nusprendė sujungti šiuos du dalykus – ir ieškoti baltymų, kurie jungia metalus.
Metalų surišimo baltymų palyginimui buvo taikomas kompiuterinis metodas, atskleidžiantis tam tikrus bendrus bruožus, kurie būdingi visiems baltymams, nepriklausomai nuo baltymų funkcionalumo, metalo, su kuriuo jie jungiasi, ar susijusio organizmo.
„Pamatėme, kad esamų baltymų metalus jungiantys branduoliai iš tiesų yra panašūs, nors patys baltymai gali būti nepanašūs, – sako mikrobiologė Yana Bromberg iš Rutgerso Naujojo Bransviko universiteto JAV. – Taip pat pamatėme, kad šie metalus jungiantys branduoliai dažnai yra sudaryti iš pasikartojančių substruktūrų, tarsi „Lego“ kaladėlių. Įdomu tai, kad šių blokų rasta ir kitose baltymų srityse, ne tik metalus jungiančiuose branduoliuose – ir daugelyje kitų baltymų, į kuriuos mūsų tyrime nebuvo atsižvelgta“.
Tyrėjai mano, kad šios bendros savybės galėjo egzistuoti ir veikti ankstyvuosiuose baltymuose, tačiau laikui bėgant jos keitėsi ir senoviniai baltymai tapo tokiais baltymais, kokius matome šiandien – tačiau išlaikė tam tikras bendras struktūras.
Manoma, kad prieš tūkstančius milijonų metų Žemę dengusiame archajiniame vandenyne buvę tirpūs metalai galėjo būti naudojami elektronų perstūmimui, reikalingam energijos perdavimui – ir savo ruožtu biologinei gyvybei.
„Mūsų stebėjimas rodo, kad šių mažų statybinių blokų pertvarkymai galėjo turėti vieną ar nedaug bendrų protėvių ir iš jų atsirado visa eilė šiuo metu egzistuojančių baltymų bei jų funkcijų, – sako Y.Bromberg. – Tai yra, atsirado tokia gyvybė, kokią mes dabar žinome“.
Visų pirma komandai pavyko nustatyti baltymų struktūrines sanklodas (angl. protein folding) – formų, kurias baltymai įgauna tapdami biologiškai aktyviais – evoliuciją, dėl kurios galėjo atsirasti šiandien žinomi baltymai.
Tyrime taip pat daroma išvada, kad biologiškai funkcionalūs peptidai (mažesnės baltymų versijos), galėjo atsirasti anksčiau nei pirmieji baltymai, kurie atsirado net prieš 3,8 mlrd. metų. Visa tai prisideda prie mūsų supratimo apie tai, kaip Žemėje prasidėjo gyvybė.
Kaip visada, bet kokia gyvybės Žemėje pradžios analizė gali būti svarbi ieškant gyvybės ir kitose planetose, kur gyvybė gali pradėti vystytis (ar jau išsivystė) panašiu biologiniu keliu.
„Turime labai mažai informacijos apie tai, kaip gyvybė atsirado šioje planetoje, o mūsų darbas padeda rasti iki šiol nepasiekiamu buvusį paaiškinimą, – teigia mokslininkė. – Šis paaiškinimas taip pat galėtų padėti ieškoti gyvybės ir kitose planetose“.
Anot jos, atrastieji specifiniai struktūriniai blokai taip pat gali būti svarbūs sintetinei biologijai, kur mokslininkai siekia iš naujo sukonstruoti specifiškai aktyvius baltymus.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Science Advances“.
Parengta pagal „Science Alert“.
