Kako je život nastao iz iskonske juhe stvari koje uglavnom nisu bile žive? Radikalna nova studija, objavljena u časopisu Science Advances, sugerira kako je ovaj malo vjerojatni prag zapravo možda prijeđen ne jednom, već dvaput.

Dvije glavne loze života - bakterije i arheje - možda su neovisno otkrile tajne metabolizma koje su ih unaprijedile iz neživih u žive. Novo istraživanje se usredotočilo na najrudimentarniji skup kemijskih reakcija za koje se smatra kako omogućuju ovu transformaciju.

Općenito govoreći, život se smatra materijom koja reagira na okolinu, uzima energiju, raste i reproducira se. Čak i ta općenita definicija nije savršena. Primjerice, virusi mogu učiniti većinu toga, ali ih tradicionalno se ne smatra živima.

Jedan univerzalni aspekt života - koji virusima nedostaje - jest metabolizam, skup kemijskih reakcija koje organizmi koriste za stvaranje molekula koje su ključne za njihovo svakodnevno funkcioniranje. Enzimi su proteini koji djeluju kao katalizatori za ove reakcije u organizmima.

Okolina kao ključ zagonetke

Sami enzimi su proizvodi kemijskih reakcija. Kako su onda prvi oblici života počeli metabolizirati stvari, uključujući stvaranje enzima, bez pomoći drugih enzima? Odgovor se, čini se, krije u njihovoj okolini.

Općenito se vjeruje kako je prvi život nastao u ekstremno reaktivnim okruženjima, kao što su hidrotermalni izvori. Metali koji se prirodno nalaze na tim mjestima mogli su biti prvi katalizatori metabolizma, pretvarajući spojeve poput vodika, amonijaka i ugljičnog dioksida u druge korisne molekule.

U sklopu rasprava o podrijetlu metabolizma spominjane su uloge energije, genetike, autokatalize, fosfata, kofaktora, cijanida, CO₂ i vode. Ipak, postoji slaganje oko toga kako mreža od oko 400 reakcija koja pretvara H₂, CO₂, NH₃, H₂S i fosfat u aminokiseline, baze i kofaktore ne može nastati u trenutku.

Istraživači su proučavali proteinske strukture ključnih metaboličkih enzima u genomima bakterija i arheja. Razvili su metodu i algoritam za njihovu složenost. Odatle su mogli odrediti koji su evoluirali kojim redoslijedom i sastaviti grubi vremenski okvir.

Otkrili su kako je posljednji univerzalni predak svih stanica, LUCA, posjedovao enzime za samo oko polovicu reakcija metabolizma. Drugu polovicu su katalizirali metali u okruženju u kojem je nastao LUCA.

Četiri faze katalize

Vjerojatno su četiri različite faze u razvoju katalize (reakcije vođene enzimima). Prva se oslanjala isključivo na metale u okolišu.
Nakon što se izgradi dovoljno korisnih molekula, ne-živuće-još-proto-stanice (koje su uključivale LUCA) mogle su početi razvijati vlastite enzime koji su obavljali neke od funkcija tih metalnih katalizatora.

S vremenom su kasnije proto-stanice razvile sve više i više enzima, smanjujući svoju ovisnost o vanjskim metalima, sve dok im uopće više nisu bili potrebni. Samo u tom trenutku one bi se smatrale slobodnoživućim stanicama.

To se dogodilo tek nakon što su se bakterije i arheje odvojile. Ove dvije grane smislile su vlastite načine za rješavanje istih problema. Takvi paralelni izumi mogli su utrti put neovisnom nastanku slobodnoživućih bakterija i arheja.

Molekula zvana ATP sada je vitalni izvor energije za poticanje metabolizma, ali također je rezultat rada enzima i nije bila dostupna u prebiotičkoj kemiji. Istraživači vjeruju kako su pronašli alternativu - fosfit, oblik fosfora koji se prirodno pojavljuje u hidrotermalnim izvorima. Njihova interakcija s organskim spojevima daje metaboličke reakcije fosforilacije preko noći u vodi. Fosfit i paladij zamjenjuju ATP i enzime.

Ipak, kritičan za kemijske reakcije je medij u kojem se odvijaju. Znanstvenici još nemaju jasnu ideju o tome je li to bila voda ili ljepljiva tekućina.