Научные специалисты разработали искусственный белок, который может дать новое представление о химической эволюции на ранней Земле. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Все клетки нуждаются в энергии для выживания, но поскольку виды химических веществ, доступных в первые дни существования планеты, были настолько ограничены по сравнению с сегодняшним огромным химическим разнообразием, у многоклеточных организмов было гораздо меньше энергии для создания сложных органических структур, из которых состоит мир, известный нам сегодня.
Новое исследование предполагает, что многие организмы в первичном бульоне Земли в значительной степени полагались на молекулы металлов, особенно никеля, для хранения и расходования энергии.
Современные теории возникновения микробной жизни предполагают, что, хотя клетки использовали углекислый газ и водород в качестве источника топлива, они также обитали в местах, богатых восстановленными металлами, такими как железо и никель. Эти первые химические реакции также в значительной степени управлялись ферментом, называемым ацетилкоэнзим А-синтазой, или АКС, молекулой, необходимой для производства энергии и образования новых химических связей.
Но в течение многих лет ученые в этой области расходились во мнениях относительно того, как на самом деле работает этот фермент – могли ли химические реакции, которые он запускал, собираться случайным образом или же его химические конструкции следовали строгому плану. Ханна Шафаат, соавтор исследования и профессор химии и биохимии Университета штата Огайо, отмечает, что созданная ее командой модель искусственного фермента многое говорит о том, как мог действовать его предок в течение первых нескольких миллиардов лет существования Земли.
По сравнению с тем, что ученые находят в природе, этот модельный белок гораздо легче изучать и манипулировать им. Благодаря этому команда смогла сделать вывод, что ACS действительно должен создавать молекулы шаг за шагом. Такая информация крайне важна для понимания того, как начала развиваться органическая химия на Земле.
“Вместо того чтобы брать фермент и разбирать его на части, мы пытаемся создать его снизу вверх. И знание того, что это нужно делать в правильном порядке, может стать руководством к тому, как воссоздать его в лаборатории”, — рассказывает Шафаат.
Поскольку ученые надеются понять, что могло появиться первым из первичного бульона, Шафаат отмечает, что исследование продемонстрировало, что даже простые ферменты, подобные их модели, могли поддерживать раннюю жизнь.
По словам ученого, полученные результаты важны не только для понимания первичной химии, но и имеют широкие последствия для других областей, включая энергетический сектор.
В настоящее время одной из самых больших проблем, стоящих перед энергетическим сектором, является производство жидкого топлива. Это исследование, по мнению специалистов, может стать первым шагом в поиске природного источника энергии, способного заменить бензин и нефть.
