Një ekip ndërkombëtar tani i është afruar kësaj nga një këndvështrim paksa i ndryshëm. Fokusi i tyre ishte i gjithë rrjeti kimik me anë të të cilit qelizat prodhojnë blloqet e tyre ndërtuese. Ajo që grupi i udhëhequr nga Natalia Mrnjavac nga Universiteti Heinrich Heine në Düsseldorf nxjerr nga kjo përbën një hipotezë me ndikim të gjerë: Hapi drejt jetës mund të jetë ndërmarrë dy herë në mënyrë të pavarur në Tokë.
Udhëtim në kohë drejt burimit hidrotermal
Mrnjavac e përshkruan skenën me një eksperiment mendor. Kushdo që mund të udhëtonte katër miliardë vjet prapa dhe të dëshmonte qelizat e para në burimet e nxehta në fund të oqeanit do të shihte dy dizajne thelbësisht të ndryshme: “Ata do të shihnin dy lloje qelizash shumë të ndryshme që po shfaqeshin – bakteret pioniere dhe arkeat – duke bërë përpjekjet e para për të jetuar jashtë kufijve të vrimës hidrotermale”, thotë biologia evolucionare.
Bakteret dhe arkeat përbëjnë dy linjat origjinale të prokariotëve, ato qeliza që, ndryshe nga eukariotët kryesisht më kompleksë, nuk kanë bërthamë. Shumë prej tyre tolerojnë temperatura të larta dhe mjedise acidike ose alkaline – shkurt, kushte ekstreme mjedisore. Shumë prej tyre ende jetojnë sot në shfryrje hidrotermale në fund të oqeanit, pikërisht vendet ku, sipas disa teorive, lindi jeta.
Kataliza nga mjedisi
Ekipi u përqendrua në gjenomet, strukturat e proteinave dhe reaksionet kimike. Studiuesit ishin veçanërisht të interesuar në 420 reaksionet, me anë të të cilave qelizat përdorin gaz hidrogjeni, amoniak dhe dioksid karboni për të ndërtuar aminoacide, baza të ARN-së dhe vitamina. Tërësia e këtyre reaksioneve quhet metabolizëm dhe në qelizat moderne, ato zhvillohen kimikisht në të njëjtën mënyrë si në qelizat më të hershme.
Megjithatë, enzimat që përshpejtojnë metabolizmin janë të natyrave të ndryshme. Përtej hendekut evolucionar midis baktereve dhe arkeave, ato nuk janë të ngjashme me njëra-tjetrën, dhe rindërtimi i ekipit sugjeron që LUCA, paraardhësi i fundit i përbashkët i të gjitha qelizave, zotëronte enzimat e veta vetëm për rreth gjysmën e reaksioneve që po shqyrtohen.
Metalet nga mjedisi me shumë gjasa kanë marrë përsipër gjysmën tjetër. “Metalet që ndodhin natyrshëm në burimet hidrotermale mund të zëvendësojnë një numër çuditërisht të madh enzimash në metabolizëm”, thotë Harun Tüysüz (Instituti Max Planck për Kërkime të Qymyrit në Mülheim an der Ruhr, Gjermani), bashkautor i studimit të botuar në revistën Science Advances. Metabolizmi i hershëm do të kishte qenë kështu një sistem i përzier. “LUCA kishte një metabolizëm hibrid, gjysmë të katalizuar nga metalet dhe gjysmë enzimatik”, shton Joseph Moran i Universitetit të Otavës, gjithashtu bashkautor i studimit.
Dy shpikje
Kjo rezultoi në një sekuencë prej disa fazash, të cilat ekipi ishte në gjendje t’i rindërtonte për herë të parë: Fillimisht, kishte katalizë thjesht metalike, e ndjekur nga hibridi metal-enzimë në LUCA, dhe së fundmi, një ndarje në dy degë çoi te paraardhësit e baktereve dhe arkeave. Në të dyja, gradualisht dolën enzima të reja, duke marrë përsipër punën e katalizatorëve inorganikë. Kështu, mjedisi u bë i panevojshëm si një ofrues i shërbimeve kimike.
Studiuesit e gjetën procesin të jashtëzakonshëm. “Po vëzhgojmë raste në të cilat paraardhësit e baktereve dhe arkeave zhvilluan në mënyrë të pavarur enzima strukturisht të ndryshme, por me të cilat ato katalizojnë të njëjtin reaksion thelbësor metabolik”, thotë Mrnjavac. Shpikje të tilla paralele mund të kenë hapur rrugën që bakteret dhe arkeat që jetojnë të lira, të lindin veçmas.
Energjia para ATP-së
Për një kohë të gjatë, mbeti e paqartë se ku qelizat e hershme e merrnin energjinë për reaksionet e tyre. Sot, kjo energji furnizohet nga molekula ATP, e cila vetë duhet të prodhohet nga enzima që nuk ishin ende të pranishme në shfryrjet hidrotermale. Manon Schlikker nga Universiteti i Dyseldorfit propozon një zgjidhje: fosfitin dhe paladiumin. Të dyja ndodhin natyrshëm në shfryrjet hidrotermale, dhe metali paladium konsiderohet një katalizator i shkëlqyer. Kur përbërja e fosforit kombinohet me molekula organike të përfshira në metabolizëm, reaksionet e fosforilimit ndodhin në ujë. “Prandaj, fosfiti dhe paladiumi mund të zëvendësojnë ATP-në dhe enzimat”, thotë Schlikker.
Për të filluar renditjen e rrjetit kompleks prej 420 reaksionesh, në të cilin përfshihen shumë komponime në hapa të shumëfishtë, ekipi zhvilloi metodën e vet. Ajo i rendit reaksionet nga më e thjeshta te më komplekse. Ekzistenca e një rendi kaq të qartë u vërtetua matematikisht.
Një kod, dy fillime
Për ekipin kërkimor, kjo mbështet supozimin se ndarja e baktereve dhe arkeave ndodhi shumë kohë para shfaqjes së protoqelizave të para me membranën e tyre të dendur qelizore. Sipas kësaj teorie, kodi gjenetik do të kishte një origjinë të vetme, ndërsa ekstrakti nga rryma hidrotermale do të kishte dy. “Ekziston një origjinë e kodit gjenetik, por dy origjina të jetës”, përmbledh William Martin, autori kryesor i studimit.
