Życie na Ziemi powstało dwa razy. To jak dwa trafienia w totka

To bardzo radykalne spojrzenie na początki życia na Ziemi, o których pisze „Science Advances”. Sugeruje ono, że chociaż powstanie życia jest niezwykle trudne i musi się spleść wiele czynników, to na Ziemi przed niemal 4 miliardami lat splotły się one aż dwukrotnie.

To są czasy tak odlegle i tak słabo udokumentowane, że pozostaje wciąż wiele białych plam i niejasności w sprawie tego, jak i kiedy życie na planecie Ziemia powstało. Począwszy od pytania, co uważamy za istotę żywą. Czy taką, która pobiera energię, rozmnaża się, rozwija, reaguje z otoczeniem? No tak, ale wirusy też top potrafią, a wielu z nim nie uważa ich za żywe organizmy. Istotny jest jednak metabolizm – wirusy i materia nieożywiona nie przeprowadzają metabolizmu.

Życie na Ziemi powstało około 4 miliardy lat temu

Najstarsza znana ziemska materia pochodzenia biogenicznego to grafit w przeobrażonych skałach osadowych z zachodniej Grenlandii. W pasie metamorficznym Isua w południowo-zachodniej Grenlandii znajdują się skały w wieku około 3,7-3,8 mld lat. W 2016 r. opisano w nich struktury przypominające stromatolity, czyli pozostałości gromadnych mikroorganizmów. Żywych. Nieco młodsze są ślady z Australii Zachodniej, w Pilbara, aczkolwiek australijski cyrkon sprzed 4,1 miliarda lat też może być pochodzenia organicznego, nie ma co do tego pewności. Mikroskopijne struktury z Barberton w Republice Południowej Afryki liczą 3,4 miliarda lat i zapewne też mają pochodzenie organiczne.

Naukowcy są pewni, że Ziemia przed ponad 3 miliardami lat nie była zbyt korzystnym miejscem do życia. Aby mogło ono zaistnieć, musiało się wiele wydarzyć. To jak wyciągnięcie losu na loterii, którą to wygraną my konsumujemy do tej pory.

Jak czytamy w „Science Advances”, powstanie życia wymagało pojawienia się metabolizmu. „Brakuje badań empirycznych dotyczących powstania najwcześniejszej ewolucji metabolicznej. Początkowo metabolizm był niekompletny, ale doprowadził do powstania bakterii i archeonów. Rodzime metale przejściowe – żelazo, kobalt, nikiel i pallad – służyły jako katalityczne prekursorzy zarówno enzymów, jak i kofaktorów na początku istnienia metabolizmu, podczas gdy fosforyn dostarczał energii” – czytamy.

Kofaktor to niebiałkowy składnik niezbędny do tego, by enzym mógł działać. Bez niego nieaktywne białko nie przeprowadzi reakcji chemicznej. A zatem pierwsze formy życia zaczęły metabolizować substancje, w tym wytwarzać enzymy, bez pomocy innych enzymów, których nie było.

Bakterie nie powstały z archeobakterii

William Martin, biolog z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie w Niemczech, zwraca uwagę na to, że enzymy katalizujące pierwsze reakcje chemiczne nie są zachowane wzdłuż ewolucyjnej granicy oddzielającej bakterie od archeonów. Archeony to drobne jednokomórkowce, tradycyjnie zaliczane do prokariontów. Kiedyś uważano ja za starsze niż bakterie, stąd nazwa archeobakterie. Teraz jednak wiele wskazuje na to, że to błędny pogląd.

Archeony nie były drobnoustrojami starszymi od bakterii, z których bakterie być może powstały. One ewoluowały niezależnie od nich i równolegle. Mogły niezależnie od siebie odkryć sekrety metabolizmu, które pozwoliły im przejść ze stanu nieożywionego do stanu żywego. A to oznacza, że życie na Ziemi rozwinęło się nie raz, a dwukrotnie. Niezależnie od siebie i według osobnych wzorców.

A to już jak dwukrotne wygranie w totka.

„Nazwijmy to po imieniu: mamy do czynienia z jednym źródłem kodu genetycznego, ale dwoma źródłami życia” – mówią zdumieni naukowcy.

Życie mogło powstać w niezwykle reaktywnych środowiskach, takich jak kominy hydrotermalne. Tamtejsze metale mogły być pierwszymi katalizatorami metabolizmu, tak zaczynało się przekształcanie amoniaku, dwutlenku węgla itd. w inne użyteczne cząsteczki. I ta sieć reakcji prowadzących do metabolizmu i powstania życia nie powstała w jednej chwili w jednym miejscu. Powstawała równolegle w rozmaitych obszarach Ziemi.

Mechanizm, życia zaczął się sam napędzać

Pierwsza faza tych pradawnych reakcji opierała się wyłącznie na metalach obecnych w środowisku, np. w takich kominach hydrotermalnych. Gdy zgromadziło się wystarczająco dużo użytecznych cząsteczek, protokomórki mogły zacząć wytwarzać własne enzymy, które odtąd pełniły niektóre funkcje katalizatorów metalicznych. Mechanizm zaczął się sam napędzać i napędzał się nie począwszy od jednego punktu, ale na bazie dwóch niezależnych źródeł życia. „Przodkowie bakterii i archeonów niezależnie od siebie stworzyły strukturalnie odmienne enzymy, katalizujące tę samą niezbędną reakcję metaboliczną” – mówi Natalia Mrnjavac z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie.

A skoro tak, drzewo życia nie ma jednego wspólnego pnia. To co najmniej dwa pnie, które później stworzyły wspólne gałęzie rozwoju życia na jedynej zamieszkałej planecie w naszym obszarze postrzegania.