Na pitanje kako je nastao život na našem planetu još uvijek nismo u potpunosti odgovorili. Međutim, znanost je sve bliža odgovoru, pri čemu je nova studija identificira strukture proteina koji omogućuju život.
Tim koji stoji iza studije odlučio je krenuti od premise da život kakav poznajemo ovisi o prikupljanju i korištenju energije. U primordijalnoj juhi drevne Zemlje, ta je energija najvjerojatnije dolazila s neba, u obliku zračenja sa Sunca, ili iz dubine same Zemlje, kao toplina koja je prodirala kroz hidrotermalne otvore na dnu drevnih mora.
Na molekularnoj razini, ova upotreba energije znači prijenos elektrona, temeljni kemijski proces koji uključuje kretanje elektrona s jednog atoma ili molekule na drugu. Prijenos elektrona je u samoj srži oksidacijsko-redukcijskih reakcija (također poznatih kao redoks reakcije) koje su od vitalne važnosti za neke od osnovnih životnih funkcija.
Potraga za proteinima koji vežu metale
Budući da su metali najbolji elementi za prijenos elektrona, a složene molekule zvane proteini su ono što pokreće većinu bioloških procesa, istraživači su odlučili kombinirati to dvoje i tražiti proteine koji vežu metale.
Metodički, računalni pristup korišten je za usporedbu proteina za pronalaženje metala, otkrivajući određene zajedničke značajke koje su se podudarale za sve njih, bez obzira na funkcionalnost proteina, metal na koji se veže ili uključeni organizam.
“Vidjeli smo da su jezgre postojećih proteina koje vežu metal doista slične iako sami proteini možda nisu”, kaže mikrobiologinja Yana Bromberg sa Sveučilišta Rutgers-New Brunswick u New Jerseyju.
“Također smo vidjeli da su ove jezgre koje vežu metal često sastavljene od ponovljenih podstruktura, poput Lego blokova. Zanimljivo je da su ovi blokovi također pronađeni u drugim regijama proteina, ne samo u jezgrama koje vežu metal, i u mnogim drugim proteinima koji nisu uzeti u obzir u našoj studiji.”
Istraživači sugeriraju da su ove zajedničke značajke možda bile prisutne i djelatne u najranijim proteinima, mijenjajući se tijekom vremena kako bi postali današnji proteini, ali zadržavajući određene zajedničke strukture.
Što je dovelo do života kakav poznajemo?
Ideja je da su topljivi metali u arhejskom oceanu koji je prekrivao Zemlju prije tisuće milijuna godina mogli biti korišteni za pokretanje miješanja elektrona potrebnog za prijenos energije i, zauzvrat, biološki život.
“Naše zapažanje sugerira da je preuređenje ovih malih građevnih blokova moglo imati jedan ili mali broj zajedničkih predaka te da je dovelo do cijelog niza proteina i njihovih funkcija koje su trenutno dostupne”, kaže Bromberg. “To jest, do života kakav poznajemo.”
Konkretno, tim je uspio identificirati evolucije u proteinskim naborima, oblicima koje su usvojili proteini kako su postajali biološki aktivni, koji su možda proizveli proteine koje danas poznajemo, gotovo kao projekt molekularnog obiteljskog stabla.
Studija također zaključuje da su biološki funkcionalni peptidi, manje verzije proteina, možda prethodili najranijim proteinima koji sežu unatrag čak 3,8 milijardi godina. Sve ovo doprinosi našem razumijevanju kako je život započeo.
Potraga za životom na drugim planetima
Kao i uvijek, svaka analiza početaka života na Zemlji može biti važna u traženju života i na drugim planetima, gdje bi se život mogao početi razvijati (ili se možda već razvio) sličnim biološkim putovima.
“Imamo vrlo malo informacija o tome kako je nastao život na ovoj planeti, a naš rad doprinosi ranije nedostupnom objašnjenju”, kaže Bromberg. “Ovo bi objašnjenje također potencijalno moglo doprinijeti našoj potrazi za životom na drugim planetima i planetarnim tijelima.
“Naše otkriće specifičnih strukturnih građevnih blokova također je potencijalno relevantno za sintetsku biologiju, gdje znanstvenici žele iznova konstruirati specifično aktivne proteine.”
