Древние белки, улавливающие свет, помогут найти инопланетную жизнь
Земля сейчас сильно отличается от той, какой была, когда на ней существовала только микробная жизнь. Ранние формы жизни на Земле жили в сравнительно бедной энергией среде и в бедной кислородом атмосфере. Солнечный свет был единственной доступной энергией, и задолго до появления фотосинтеза первые формы жизни использовали солнечный свет. Они делали это с помощью белков родопсинов. Это был более примитивный способ усвоения, чем появившийся позже фотосинтез.
«На ранней Земле энергии было очень мало. Бактерии и археи поняли, как использовать обильную энергию Солнца без сложных биомолекул, необходимых для фотосинтеза», — сказал астробиолог Калифорнийского университета в Риверсайде (США) Эдвард Швитерман.
Научная статья с исследованием вышла журнале Molecular Biology and Evolution, о результатах работы рассказывает Universe today.
Доказательством их полезности является то, что родопсины не исчезли вместе с ранними формами жизни. Сегодня эти белки широко распространены в живых организмах, включая людей. Они присутствуют в палочках сетчатки глаз и отвечают за зрение при слабом освещении. Родопсины также встречаются в микробах, живущих в соленых прудах.
Исследователи изучают древние белки с помощью современных, используя ИИ и секвенирование. Используя эти инструменты, ученые смогли отслеживать эволюцию белков в геологических масштабах.
Взгляд на сегодняшнюю жизнь и атмосферу Земли — не очень удачный ключ к тому, как искать признаки жизни в других мирах. Нынешняя атмосфера богата кислородом, но, согласно некоторым исследованиям, атмосфера ранней Земли могла быть больше похожа на венерианскую.
Отслеживая эволюцию родопсинов, авторы новой статьи построили генеалогическое древо белков. Им удалось реконструировать родопсины возрастом от 2,5 до 4 млрд лет.
«Современная жизнь, какой мы ее знаем, является последствием условий на нашей планете в такой же степени, как и результатом деятельности самой жизни. Мы воскресили древние последовательности ДНК одной молекулы, и это позволило установить связь с биологией и окружающей средой прошлого. Это все равно, что взять ДНК многих внуков, чтобы воспроизвести ДНК их бабушек и дедушек. Только это не бабушки и дедушки, а крошечные существа, которые жили миллиарды лет назад по всему миру», — сказал ученый.
Исследователи обнаружили различия между древними и современными родопсинами. Согласно генетическим реконструкциям, древние родопсины поглощали в основном синий и зеленый свет, тогда как современные поглощают синий, зеленый, желтый и оранжевый свет. Это ключ к разгадке экологических различий между древней и современной Землей.
Мы знаем, что на древней Земле не было озонового слоя. Озоновый слой не может существовать без свободного кислорода в атмосфере, а без озонового слоя планета подвергалась гораздо большему воздействию УФ-излучения, чем сейчас. В настоящее время озоновый слой Земли поглощает от 97 до 99% солнечного УФ-излучения.
Исследователи считают, что способность древних родопсинов поглощать синий и зеленый свет, а не желтый и оранжевый, означает, что жизнь, которая полагалась на него, существовала на глубине нескольких метров в толще воды. Это защищало организмы от жесткого УФ-излучения. После Кислородной катастрофы озоновый слой обеспечил защиту от солнечного УФ-излучения, и жизнь развила более современные родопсины, которые могут поглощать больше света.
Современные родопсины и фотосинтез дополняют друг друга, поглощая разный свет, хотя это не связанные между собой и независимые механизмы.
«Это предполагает коэволюцию, когда одна группа организмов использует свет, не поглощаемый другой», — сказал Швитерман.
Авторы исследования намерены использовать методы синтетической биологии, чтобы понять то, как древние родопсины помогли сформировать древнюю атмосферу Земли.
«Ранняя Земля — это инопланетная среда по сравнению с нашим сегодняшним миром. Понимание того, как организмы здесь менялись со временем и в разных средах, научит нас важным вещам о том, как искать и распознавать жизнь в другом месте», — сказал астробиолог.
