Вчені змогли відтворити в лабораторії умови, що панували на Землі 4 мільярди років тому, і з’ясували, що сонячне світло могло стати каталізатором для утворення перших ферментів, необхідних для існування життя.
Життя на Землі — це парадокс. Щоб функціонувати, організму потрібна енергія. Але для того, щоб її використовувати, живим істотам потрібні складні механізми ферментації, вироблені за мільйони років еволюції, від дифузного дихання до фотосинтезу. Але що ж було раніше, організм або фермент? Нове дослідження демонструє, що кластери заліза і сірки, які лежать в основі більшості життєво важливих ферментів, могли плавати у первинних морях молодої Землі. Їх виникнення зумовлено поєднанням примітивних біомолекул, солей заліза і раніше невідомим інгредієнтом — сонячним світлом.
До цих пір велика частина досліджень походження життя було зосереджено на механізмах виникнення органічних будівельних компонентів, які пізніше сформували білки і РНК. Менш вивченим є генезис кластерів заліза і сірки — активного «ядра» ферментів, які є неодмінним атрибутом майже всіх процесів клітинної хімії. «Я ніколи не бачив організм, який би не залежав від них», — говорить Шереф Мансі, біохімік з Університету Тренто в Італії, який очолив нову роботу.
Щоб з’ясувати, чи були поєднання заліза і сірки основним інгредієнтом життя з самого його зародження, або ж перші мікроорганізми обходилися без них, Мансі і його команда відтворили у своїй лабораторії умови, що імітують ранню Землю. Клаудіа Бонфіо, біохімік з Університету Тренто, видалила з середовища кисень і змішала разом розчин з іонами заліза і глутатіонами — сірковмісними пептидами, які, ймовірно, були присутні в пребіотичному «хімічному супі» — рідкому середовищі, з якого і зародилася життя. Поки залізо залишалося в двовалентній формі, нічого не відбувалося. Але варто було включити УФ-лампи — і почалася справжня магія.
За словами вчених, вже через кілька хвилин спостерігається утворення залізо-сірковмісних кластерів. Під впливом УФ-випромінювання розчин змінював колір з фіолетового на червоний, що вказує на протікання реакції між залізом і сіркою. Якщо піддати середовище тривалому опроміненню, то реакція протікає і далі, через що розчин стає коричневим. В результаті, світло одночасно звільняло атоми сірки з пептидів і окисляло залізо, переводячи його в трьохвалентну форму, яка легко взаємодіє з сіркою, утворюючи солі. Дослідження опубліковане в Nature Chemistry.
Після цього група протестувала більше 30 потенційних сполук в різних умовах і виявила, що реакції також протікають і з більш простими сірковмісними молекулами. Автори відзначають, що в більшості випадків реакції “разюче схожі на ті, як синтезуються залізо-сірчані кластери в сучасних живих клітинах”. На думку Мансі, те, що в ранніх процесах органічного синтезу сонячне світло грає настільки важливу роль, що цілком логічно — це нескінченне джерело досить великої кількості енергії. До того ж, на Землі того часу не було настільки щільного озонового шару, а тому випромінювання було на порядок інтенсивнішим. Варто відзначити, що і в мікроелементах не було недоліку: більшість водойм були безпосередньо пов’язані з вулканічними розломами і джерелами, які вимивали з глибини землі залізо. Тому, на думку Джека Шостака, молекулярного біолога з Гарвардського університету, який також брав участь в роботі, заповнений водою кратер — це свого роду інкубатор, в якому всі умови сприяють зародженню життя.
Як би те ні було, Мансі дуже обережно ставиться до результатів своєї роботи, нехай вона і увінчалася успіхом. Його побоювання можна зрозуміти: лабораторні умови, якими б вони не були, все-таки не можуть повністю імітувати умови на Землі 4 мільярди років тому. “Ці результати стануть важливими, якщо ми зможемо довести, що в системі хімічних речовин є якась вибірковість, яка і призвела до перетворення неживої природи на живі системи.” Але, вчені побоюються, що виявлення точної послідовності подій, які породили іскру життя, можуть назавжди загубитися за горизонтом часів.