Приоритет энергии над информацией
В современной науке о происхождении жизни существует теория, согласно которой метаболизм возник раньше, чем генетический материал. Сторонники этого подхода полагают, что первые признаки жизни проявились в виде самоподдерживающихся циклов простых молекул еще до появления клеток, РНК или ДНК.
Основной аргумент заключается в том, что без источника энергии было бы невозможно создать сложные молекулы, необходимые для функционирования клетки. Биолог-эволюционист Уильям Мартин из Университета имени Генриха Гейне утверждает, что жизнь в своих различных проявлениях — это и есть поток энергии через систему. Согласно этой логике, гены появились позже, чтобы хранить информацию о катализаторах, поддерживающих эти реакции.
От геохимии к биохимии
Идея о том, что неживая геохимия могла запустить живую биохимию, развивалась десятилетиями. Еще в 1968 году биофизик Гарольд Моровиц предположил, что внешние источники энергии (солнце или геологические процессы) могли подтолкнуть химические сети к самоподдерживающимся реакциям из-за их термодинамического преимущества.
Одним из возможных примеров таких ранних процессов является путь ацетил-КоА, который современные микробы используют для создания органических молекул из водорода и углекислого газа. В конце 1980-х и начале 1990-х Гюнтер Вехтерсхойзер предложил концепцию «железосерного мира». Он предположил, что в условиях гидротермальных источников на дне океана минералы сульфида железа могли выступать катализаторами для запуска подобных циклов.
Лабораторные доказательства и споры
В 2020 году команда исследователей, включая биохимика Мартину Прейнер из Института наземной микробиологии Макса Планка, имитировала условия гидротермальных источников в лаборатории. Они доказали, что углекислый газ, водород и минералы никеля и железа могут объединяться в формиат, ацетат и пируват. Эти соединения составляют основу пути ацетил-КоА, что подтверждает возможность запуска реакций без участия белков или РНК.
Однако не все ученые согласны с тем, что для этого требовались экстремальные условия глубоководных жерл. Раманараянан Кришнамурти из Scripps Research в том же 2020 году показал, что пируват и глиоксилат могут формировать компоненты обратного цикла лимонной кислоты (аналога цикла ацетил-КоА) в умеренно теплых водоемах и без металлических катализаторов.
Главные вопросы
Несмотря на успехи, ученые пока не понимают, как первичные метаболические реакции стали достаточно стабильными для усложнения. Вероятно, для передачи улучшений от одного поколения к другому потребовался генетический материал, способный хранить и копировать информацию.
Остаются открытыми вопросы о том, как метаболизм связался с генетикой и как различные протометаболические реакции могли сосуществовать внутри клеточных мембран, не мешая друг другу. По словам Раманараянана Кришнамурти, главной задачей сейчас является поиск способа объединить эти процессы без создания «полного хаоса», который невозможно анализировать.
