Этот фермент позволил жизни завоевать враждебную Землю

Учёные с помощью компьютерного моделирования воссоздали древние версии самого распространённого на Земле белка, получив беспрецедентное представление о том, как ранняя жизнь научилась использовать энергию Солнца и производить кислород. Результаты, подробно описанные в онлайн-версии журнала Geobiology, могут пролить свет на эволюцию жизни на других планетах.

Фотосинтез, который использует энергию солнечного света для создания сахаров и других органических молекул из углекислого газа, сыграл ключевую роль в истории Земли. Он не только поддерживает существование растений и других фотосинтезирующих организмов, но и генерирует кислород, который химически изменил облик планеты. Хотя сейчас кислород составляет около пятой части атмосферы, на ранних этапах истории планеты он был редок. Первое массовое насыщение атмосферы кислородом произошло около 2.5 миллиарда лет назад в ходе Великого кислородной события, которое, как считается, было вызвано цианобактериями.

Изучение того, как жизнь эволюционировала в «инопланетных» условиях ранней Земли, может помочь понять возможную жизнь на экзопланетах с похожими условиями. Первый ключевой этап фотосинтеза запускается ферментом Rubisco, который, вероятно, является самым распространённым белком на Земле. Его задача — захватывать углекислый газ из окружающей среды для превращения в биомассу.

Чтобы выяснить эволюционное древо Rubisco, исследователи использовали компьютерные модели для анализа молекулярных структур различных его версий. Это позволило реконструировать возможные структуры древних белков и смоделировать их поведение. Учёные сосредоточились на двух основных группах: Form I, связанной с кислородной атмосферой и доминирующей сегодня, и Form III, ассоциирующейся с бескислородной средой и, возможно, являющейся предком всех других групп.

Новые данные свидетельствуют, что Rubisco претерпел значительные изменения в ходе расхождения между Form I и Form III. Исследователи полагают, что кислород, который был ядовит для ранней жизни, стимулировал эти изменения. Некоторые формы Rubisco адаптировались к присутствию кислорода, который они сами помогали генерировать, научившись не путать его с углекислым газом. «Молекулы CO₂ и O₂ имеют схожий размер и химические характеристики, поэтому Rubisco может их混淆ть. Если он захватывает кислород вместо углекислого газа, создание биомассы невозможно, так как в кислороде нет углерода», — пояснила эволюционный биолог Бетюль Качар.

В конечном итоге учёные планируют создать микробы с древними версиями Rubisco, чтобы сравнить их химические свойства с составом древних горных пород и узнать больше о событиях на ранней Земле.