ჩვენი არსებობა, ისევე როგორც დედამიწაზე ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმის, მილიარდობით წლის განმავლობაში განვითარებული წარმოუდგენელი მოვლენების შედეგია. თუმცა, ყველაზე დიდი საიდუმლო დღემდე ამოუხსნელია – როგორ გაჩნდა სიცოცხლე იქ, სადაც მანამდე მხოლოდ არაცოცხალი ქიმიური ნაერთები არსებობდა?
ახალი კვლევა, რომელიც სამეცნიერო ჟურნალ Science Advances-ში გამოქვეყნდა, ამ კითხვაზე მოულოდნელ პასუხს გვთავაზობს. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ სიცოცხლე დედამიწაზე შესაძლოა ერთხელ კი არა, ორჯერ წარმოიშვა.
ერთი გენეტიკური კოდი, მაგრამ სიცოცხლის ორი დამოუკიდებელი დასაწყისი
გერმანიის ჰაინრიხ ჰაინეს უნივერსიტეტის ბიოლოგის, უილიამ მარტინისა და მისი გუნდის კვლევის მიხედვით, სიცოცხლის ორი უმთავრესი შტო – ბაქტერიები და არქეები – დამოუკიდებლად მივიდნენ იმ ბიოქიმიურ პროცესებამდე, რომლებმაც არაცოცხალი ქიმიური სისტემები ნამდვილ ცოცხალ უჯრედებად აქცია.
მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ფერმენტები, რომლებიც სიცოცხლისთვის აუცილებელ მეტაბოლურ რეაქციებს მართავენ, ბაქტერიებსა და არქეებში ერთმანეთისგან სრულიად განსხვავებულია.
“ეს ნიშნავს, რომ ორივე ხაზმა თავისუფლად მცხოვრები, ცოცხალი უჯრედის ფორმამდე დამოუკიდებლად მიაღწია. შეიძლება ითქვას, რომ გენეტიკური კოდი საერთო წარმოშობისაა, მაგრამ სიცოცხლე – ორჯერ გაჩნდა,“ – აცხადებს უილიამ მარტინი.
რა არის სიცოცხლის მთავარი ნიშანი?
მეცნიერები დიდი ხანია კამათობენ, რა განსაზღვრავს სიცოცხლეს. ზრდა, გამრავლება და გარემოზე რეაგირება საკმარისი არ არის – მაგალითად, ვირუსებს ამ თვისებების ნაწილი აქვთ, თუმცა ცოცხალ ორგანიზმებად არ მიიჩნევიან.
კვლევის ავტორები ყურადღებას ამახვილებენ მეტაბოლიზმზე – ქიმიურ რეაქციათა რთულ სისტემაზე, რომლის მეშვეობითაც ორგანიზმები ენერგიას იღებენ და არსებობისთვის აუცილებელ ნივთიერებებს წარმოქმნიან.
სწორედ მეტაბოლიზმი შეიძლება იყოს ის ზღვარი, რომელიც სიცოცხლეს არაცოცხალი ქიმიისგან განასხვავებს.
როგორ დაიწყო ყველაფერი?
დღევანდელ ცოცხალ ორგანიზმებში მეტაბოლურ რეაქციებს სპეციალური ცილები – ფერმენტები – წარმართავენ. თუმცა ჩნდება პარადოქსი: პირველი ფერმენტები როგორ გაჩნდა, თუ მათ შესაქმნელადაც ფერმენტებია საჭირო?
კვლევის მიხედვით, სიცოცხლის დასაწყისში ამ როლს ბუნებრივი გარემო ასრულებდა.
მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ სიცოცხლის პირველი ნაბიჯები ჰიდროთერმულ წყაროებთან გადაიდგა, სადაც ლითონებით მდიდარი გარემო ბუნებრივ კატალიზატორად მუშაობდა. სწორედ ამ ლითონებს შეეძლოთ წყალბადის, ნახშირორჟანგისა და სხვა მარტივი ნაერთების გარდაქმნა იმ მოლეკულებად, რომლებმაც სიცოცხლის საფუძველი შექმნეს.
ოთხი ეტაპი სიცოცხლისკენ
გენომების ანალიზისა და სპეციალური ალგორითმის გამოყენებით მკვლევრებმა მეტაბოლური ფერმენტების განვითარების სავარაუდო ქრონოლოგია აღადგინეს.
მათი შეფასებით, სიცოცხლის ჩამოყალიბება ოთხ ძირითად ეტაპად მიმდინარეობდა:
თავდაპირველად ყველა რეაქციას გარემოში არსებული ლითონები წარმართავდა; შემდეგ გაჩნდა პროტოუჯრედები, რომლებმაც ყველაზე მარტივი ფერმენტების შექმნა დაიწყეს; დროთა განმავლობაში საკუთარი ფერმენტების რაოდენობა იზრდებოდა და გარემოზე დამოკიდებულება მცირდებოდა; საბოლოოდ გაჩნდა სრულფასოვანი, დამოუკიდებლად მცხოვრები უჯრედები.
კვლევის ავტორების თქმით, ეს უკანასკნელი ეტაპი უკვე მას შემდეგ დადგა, რაც ბაქტერიებისა და არქეების ევოლუციური გზები ერთმანეთს გამოეყო. შესაბამისად, ორივე ჯგუფმა სიცოცხლის სრულყოფილი ფორმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად განავითარა.
LUCA – სიცოცხლის ერთადერთი წინაპარი აღარ არის?
აქამდე მეცნიერები ფიქრობდნენ, რომ დედამიწაზე არსებული ყველა ორგანიზმი ერთი საერთო წინაპრის – LUCA-ს (Last Universal Common Ancestor) – შთამომავალი იყო.
ახალი კვლევა ამ წარმოდგენას ნაწილობრივ ცვლის.
აღმოჩნდა, რომ უკანასკნელი უნივერსალური საერთო წინაპარს მხოლოდ მეტაბოლური რეაქციების დაახლოებით ნახევრის განხორციელება შეეძლო, დანარჩენს კი ისევ გარემოში არსებული ლითონები უზრუნველყოფდნენ.
ეს ნიშნავს, რომ LUCA შესაძლოა ჯერ კიდევ სრულფასოვანი, დამოუკიდებელი სიცოცხლის ფორმა არ ყოფილიყო.
კიდევ ერთი საიდუმლო – როგორ იღებდნენ პირველები ენერგიას? დღეს თითქმის ყველა ცოცხალი ორგანიზმი ენერგიის ძირითად წყაროდ ATP-ის მოლეკულას იყენებს. თუმცა ATP-ის წარმოსაქმნელადაც ფერმენტებია საჭირო, რაც კვლავ იგივე კითხვას აჩენს – საიდან გაჩნდა პირველი ენერგია?
კვლევის ავტორებმა შესაძლო პასუხიც იპოვეს.
მათი ექსპერიმენტების მიხედვით, ჰიდროთერმულ წყაროებში ბუნებრივად არსებული ფოსფიტი და პალადიუმი ATP-ისა და ფერმენტების გარეშე ახერხებდნენ იმ რეაქციების განხორციელებას, რომლებიც ადრეული მეტაბოლიზმისთვის აუცილებელი იყო.
მკვლევრების შეფასებით, ეს ადრეული ევოლუციის მექანიზმის ახსნას მნიშვნელოვნად ამარტივებს.
კვლევა, რომელმაც შესაძლოა ევოლუციის “ხე“ შეცვალოს
თუ ახალი აღმოჩენა მომავალი კვლევებითაც დადასტურდება, შესაძლოა, სიცოცხლის ევოლუციის ცნობილი სქემა გადასახედი გახდეს.
დღემდე მეცნიერები სიცოცხლის ისტორიას ერთ უზარმაზარ ხედ წარმოიდგენდნენ, რომლის ღეროც უკანასკნელი უნივერსალური საერთო წინაპარი იყო, ხოლო ყველა ცოცხალი ორგანიზმი მისი ტოტები.
ახლა კი სულ უფრო რეალური ხდება ჰიპოთეზა, რომ სიცოცხლეს შესაძლოა ორი დამოუკიდებელი “ღერო“ ჰქონოდა, რომლებიც ჯერ კიდევ მანამდე გაიყო, ვიდრე დედამიწაზე პირველი სრულფასოვანი ცოცხალი უჯრედები გაჩნდებოდნენ.
თუ ეს მოსაზრება დადასტურდება, ადამიანისა და მთელი ცოცხალი სამყაროს წარმოშობის ისტორია შესაძლოა თავიდან დასაწერი გახდეს.
