Эволюция полна сценариев о том, что же могло появиться раньше: яйцо или курица? Однако один из самых сложных вопросов звучит следующим образом: существовала ли жизнь до появления нуклеиновых кислот ДНК и РНК?

Исследователи уже находили доказательства биохимических процессов, происходящих без фосфата — важного компонента конструкции ДНК и РНК, обеспечивающего метаболизм энергией. Это подогрело аргументацию в пользу теории, что жизнь зародилась там, где происходил обмен веществ.

Ученые из Массачусетского технологического института и Бостонского университета определили ряд альтернативных метаболических путей, которые не нуждаются в фосфате. Результаты опубликованы в журнале Cell, кратко о работе сообщает ScienceAlert.

Жизнь, как принято считать, основывается на неполном повторении химических структур, копировании шаблонов и кодов, а также на потреблении энергии. Вопрос, что появилось раньше: химический код, который может развиться в сложные соединения, или ранний метаболизм, способный использовать энергию, чтобы создавать из простых веществ сложные?

Так называемая гипотеза мира РНК предполагает, что ансамбли рибонуклеиновых кислот на раннем этапе зарождения жизни выполняли функцию хранения генетической информации и катализ химических реакций.

Проблема в том, что РНК не может функционировать без источника энергии, требуется последовательность химических реакций, которую можно считать ранней формой метаболизма. Кроме того, РНК включает фосфат — молекулу, которая заперта в окружающей среде и тяжело встраивается в органические соединения.

Другие теории «жизни» предполагают, что ранние формы метаболических реакций поглощали энергию из окружающей среды в виде тепла и света и переносили ее из одной химической реакции в другую в органический суп, свободный от клеточных мембран. В конечном счете этот примитивный метаболизм стал сочетаться с РНК, прежде чем со временем найти убежище внутри отдельных клеточных пузырей.

Однако метаболизм в современных организмах в основном базируется на таких соединениях, как аденозинтрифосфат (АТФ) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), которые в очередной раз включают старую добрую молекулу фосфата.

Альтернативные метаболические пути, которые были выделены исследователями, основаны на молекулах, построенных с использованием серы, которой было в изобилии в океанах Земли несколько миллиардов лет назад.

«Значение этой работы заключается в том, что будущие усилия по изучению происхождения жизни должны учитывать конкретную возможность того, что основанные на фосфате процессы, являющиеся ключевыми сегодня, возможно, не существовали тогда, когда появилась первая жизнь», — сказал исследователь Даниэль Сегре из Бостонского университета.

Идея о том, что сера занимает центральное место в раннем метаболизме, не нова: немецкий химик Гюнтер Уэхтершаусер в начале XX века предположил, что соединения сульфида железа и сульфида никеля могут выступать в качестве катализаторов для фиксации углерода вокруг глубоководных вулканических потоков, выступая в качестве простого метаболизма для организмов-«первопроходцев».

Доказать это прежде было затруднительно.

Поэтому Сегре и его команда применили математические модели для изучения разнообразных биохимических реакций и определили набор из восьми соединений, не содержащих фосфатов, но теоретически существовавших в древних океанах. Затем при помощи алгоритма имитации примитивного метаболизма на основе этих химических веществ, включающих сульфиды железа и серосодержащие соединения, называемые тиоэфирами, оценили, как могли происходить различные реакции.

Исследователи обнаружили метаболическую сеть из 315 реакций и 260 соединений, в том числе те, что содержали серу. Оказалось, что сеть обеспечивала синтез необходимых для живых организмов веществ, таких как аминокислоты и карбоновые кислоты.

Поскольку мы не располагаем никакими следами ранней биохимии планеты, остается руководствоваться математическими моделями. Хотя работа и не является доказательством положительного результата бесфосфатного развития, это добавляет доказательств к возможности того, что живые существа могли возникнуть на основе реакций, которые в дальнейшем уже не протекали в их организме.