У жизни один общий предок, но два старта

В школе эволюцию рисуют деревом. Один ствол, от него расходятся все ветви живого — от бактерий до человека. У самого корня сидит общий предок: клетка, из которой выросло остальное.

Новая работа в журнале Science Advances переставляет этот корень. Начал у дерева могло быть два. Причина странная: общий предок сам ещё не был как следует живым.

Исследование возглавила Наталья Мрняваc из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне вместе с Уильямом Мартином. Доказательства искали в генах: сравнивали ферменты бактерий и архей, которые делают в клетке одну и ту же работу.

Бактерий и архей легко перепутать. И те и другие — простые одиночные клетки без ядра. Но по устройству белков это два самых старых и самых непохожих ствола на дереве жизни. Третья ветвь, эукариоты с ядром, к которым относимся и мы, появилась позже: одна архея и одна бактерия сошлись в тесный симбиоз. Статья спрашивает о более раннем моменте. Откуда взялись сами первые бактерии и первые археи?

Половина метаболизма появилась уже после предка

Учёные взяли базовый метаболизм — сеть реакций, которая строит клетке аминокислоты, нуклеотиды и витаминоподобные кофакторы. Сырьё простое: водород, углекислый газ, аммиак. Всё это наверняка было на молодой Земле. Реакций в сети около 420.

Чтобы понять, что из этого умел уже общий предок, команда сравнила почти тысячу геномов. Для каждого фермента смотрели не текст гена, а форму белка. Форма меняется медленнее, и родство по ней видно даже там, где гены разошлись до неузнаваемости.

Результат разделился ровно пополам. Примерно у половины реакций фермент нашёлся у предка. У второй половины — нет. Эту часть сети бактерии и археи достраивали каждая сама, после расхождения.

Пять ферментов делают одно, а устроены по-разному

Отдельно проверили реакции, которые есть и у бактерий, и у архей. Логика простая. Достался фермент от предка — структура белка будет похожей. Изобрели решение заново — структуры разойдутся, хотя работа та же.

Таких случаев нашлось пять. Синтез аланина, один из шагов синтеза рибофлавина — эти реакции у бактерий и архей ведут совершенно разные белки. Настолько разные, что общее происхождение отпадает. Авторы проверили статистикой: случайно такое выпадает примерно раз на пятьсот попыток.

Оговорка тут же. Ферменты архей изучены хуже бактериальных, часть их белков ещё не привязана к реакции. Пятёрка почти наверняка неполная, и куда сдвинется список, пока не скажет никто. Но вопрос уже поставлен: если фермента у предка не было, кто вёл реакцию до него?

Ферментов не было — работали голые металлы

Авторы отвечают: обычные металлы. Никель, кобальт, железо и палладий в чистом виде, без соединений с другими элементами. Такие крупицы встречаются в породах на дне океана, где вода реагирует с минералами. Процесс называют серпентинизацией. Солнечный свет ему не нужен, энергию даёт химия самой породы. Поэтому такие источники давно в фаворитах у гипотез о начале жизни.

В сосуде с фосфитом реакции пошли сами

Энергию вместо привычной клетке АТФ поставлял фосфит — простое соединение фосфора, тоже характерное для таких пород. Команда смешала в сосуде с водой фосфит, металлы и простые молекулы-предшественники. Несколько нужных реакций пошли без единого фермента. Из предшественника АТФ получилась готовая к работе форма. Аминокислота серин обзавелась фосфатной меткой, которую в клетке ей пришивает фермент.

Одни реакции шли быстро и почти полностью, другие медленно и с трудом. Но пошли все.

Это не значит, что первые клетки заработали именно так. Опыт показывает: реакция в принципе может идти без биологии. Шла ли она так на дне океана четыре миллиарда лет назад, сосуд не сообщает. Второе уязвимое место — палладий. Сегодня это один из самых редких металлов коры, и хватало ли его в первобытном океане, неизвестно.

Два типа клеток ушли от источника порознь

Мартин формулирует коротко: «Мы видим один источник генетического кода, но два источника жизни». Мрняваc показывает ту же мысль глазами наблюдателя на дне океана. «Мы увидели бы, как формируются два совершенно разных типа клеток, — говорит она, — бактерии-пионеры и археи-пионеры, впервые пытающиеся жить самостоятельно, за пределами гидротермального источника».

Два начала не значат, что живое возникло из неживого дважды. Предок был один, просто недостроенный. Часть его химии держалась на голых металлах, а не на собственных ферментах. Дорогу от такой полужизни до клетки, способной выжить вдали от источника, каждая линия прошла сама.

Бетюль Качар руководит одним из астробиологических центров NASA и в исследовании не участвовала. Идею она назвала правдоподобной: «Мысль о том, что среда и геохимия способны дать то, что биология ещё не изобрела, вполне убедительна». И напомнила о слабом месте всей области. Генетические методы теряют надёжность на дистанции в миллиарды лет, а геологических свидетельств той эпохи почти не осталось.

Итог такой. Половина базовой химии клетки моложе общего предка — это видно по генам и формам белков. Что её работу до ферментов делали металлы гидротермальных пород, пока лишь гипотеза: за неё говорит сосуд с водой, а не следы на древнем дне. Доказать сильнее нечем — генетика на таких дистанциях слепнет, камни того возраста не сохранились. Как именно первая бактерия и первая архея достроили свой метаболизм, наука не знает. Известно только, что у школьного дерева ствол, похоже, раздваивается у самого корня.

Источники. Исследование: Mrnjavac N. и соавторы, «Intermediate stages in the origin of metabolism at a phosphorylating hydrothermal vent», Science Advances, 5 августа 2026 (DOI 10.1126/sciadv.aef3128). Цитаты Уильяма Мартина и Натальи Мрняваc — по пресс-релизу Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне (EurekAlert!). Комментарий Бетюль Качар — по материалу Scientific American.