Молекулярные окаменелости: как древние белки переписывают историю жизни
Происхождение жизни остается одной из самых загадочных тем в науке, и ключевые подсказки могут скрываться в структуре древних белков. Все живые организмы, даже простейшие, состоят из белков, но их ранние формы были гораздо менее сложными, чем современные. Долгое время эволюционные биохимики предполагали, что древние белки возникли из простых структурных элементов — мотивов. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution, ставит под сомнение эту гипотезу, предлагая пересмотреть роль таких мотивов в контексте зарождения жизни.
Переосмысление роли белковых мотивов
Международная исследовательская группа под руководством Линн Камерлин из Технологического института Джорджии и Лиама Лонго из Токийского научного института изучила эволюцию белков, связанных с фосфором — одним из ключевых элементов биологических процессов. Ранее считалось, что определенный фосфатсвязывающий мотив, встречающийся во многих древних белках, был их предковой структурой. Однако новое исследование показало, что сам по себе этот мотив не играл столь значительной роли, как предполагалось.
Ученые проанализировали кристаллические структуры белков и провели компьютерное моделирование, чтобы выявить их эволюционные взаимосвязи. Оказалось, что, несмотря на сходство в некоторых структурах, мотив не был уникальным или обязательным для формирования белков. Вместо этого он, вероятно, был лишь одним из множества возможных вариантов, которые могли возникать в разных условиях.
Эксперименты в моделируемых древних условиях
Чтобы проверить свои выводы, исследователи воссоздали среду, которая могла существовать на ранней Земле, — смесь воды и метанола. Метанол имитировал условия с меньшим количеством воды, что могло влиять на формирование первых биомолекул. В такой среде были обнаружены альтернативные белковые мотивы с аналогичными свойствами, что подтвердило гипотезу о том, что изначальный мотив не был исключительным «строительным блоком» жизни.
Ученые сравнили этот мотив с «размытой молекулярной окаменелостью», чье истинное значение было искажено миллиардами лет эволюции. Исследование показывает, что ранние пептиды могли приобретать функциональность только в составе более сложных систем, подобно тому, как зрение требует не только глаз, но и всей зрительной системы.
Практическое значение для биотехнологий
Помимо фундаментального значения для понимания происхождения жизни, эта работа имеет важные приложения в биотехнологии. Лучшее понимание эволюции белков поможет в разработке искусственных аналогов для медицинских целей, таких как доставка лекарств и создание вакцин.
Хотя исследование опровергает прежние представления о ключевой роли фосфатсвязывающего мотива, оно ставит новые вопросы: почему именно этот мотив стал доминирующим и какие альтернативные пути могли бы привести к иным формам жизни? Ответы на эти вопросы могут открыть новые горизонты в изучении биологической эволюции и синтетической биологии.
Таким образом, исследование не только меняет представление о ранних этапах возникновения жизни, но и открывает новые возможности для научных и технологических разработок.