Sự sống trên Trái Đất có thể đã 'ra đời' hai lần: Vi khuẩn và Archaea tiến hóa độc lập

Đồng tác giả chính, Giáo sư William Martin, nhấn mạnh: "Dữ liệu mới chỉ để lại một kết luận duy nhất... Chúng ta đang nhìn vào một nguồn gốc của mã di truyền, nhưng là hai nguồn gốc của sự sống" .

LUCA không phải là 'thủy tổ' như chúng ta vẫn nghĩ

Thay vì là một tế bào sống tự do hoàn chỉnh, nghiên cứu định nghĩa lại LUCA như một thực thể tiền tế bào, chưa có sự sống thực sự. LUCA chỉ sở hữu enzyme cho khoảng một nửa số phản ứng trao đổi chất cốt lõi (420 phản ứng). Nửa còn lại được xúc tác trực tiếp bởi các kim loại tự nhiên có sẵn trong môi trường miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương, chẳng hạn như sắt (Fe), niken (Ni) và coban (Co) .

Nhóm nghiên cứu đã tái tạo bốn giai đoạn tiến hóa xúc tác ban đầu: (1) chỉ có kim loại, (2) hỗn hợp kim loại-enzyme trong LUCA, sau đó tiến hóa phân kỳ thành (3) tổ tiên của vi khuẩn và (4) tổ tiên của vi khuẩn cổ .

Phosphite và Palladium: 'Pin' năng lượng thay thế ATP

Một trong những phát hiện thú vị nhất là cách các tế bào nguyên thủy có được năng lượng trước khi có ATP - 'đồng tiền năng lượng' phổ quát của mọi tế bào hiện đại. ATP là một phân tử phức tạp đòi hỏi enzyme để sản xuất, điều mà các thực thể tiền tế bào chưa có .

Nghiên cứu đã xác định một giải pháp thay thế hợp lý trong môi trường tiền sinh học: phosphite (HPO₃²⁻). Phosphite là một dạng phosphate khử, xuất hiện tự nhiên trong các miệng phun thủy nhiệt serpentine, nơi sản sinh ra khí H₂. Khi phosphite phản ứng với các hợp chất hữu cơ với sự có mặt của palladium tự nhiên (một chất xúc tác kim loại cũng được lắng đọng tại các miệng phun này), nó thúc đẩy các phản ứng phosphoryl hóa trao đổi chất trong nước chỉ sau một đêm, thay thế hiệu quả vai trò của ATP và enzyme .

Đồng tác giả Manon Schlikker chia sẻ: "Phosphite và palladium thay thế ATP và enzyme; thật đáng kinh ngạc, và nó giúp chúng ta dễ hình dung hơn về quá trình tiến hóa sơ khai" .

Vẽ lại cây sự sống

Cây sự sống truyền thống đặt LUCA như một thân cây duy nhất, từ đó mọi nhánh sự sống tỏa ra. Nghiên cứu mới đề xuất một cấu trúc hoàn toàn khác: hai thân cây riêng biệt (vi khuẩn và vi khuẩn cổ) phân nhánh từ gốc rễ, trước thời điểm chúng thực sự 'sống'. Tổ tiên chung không phải là một tế bào sống tự do, mà là một thực thể tiền tế bào (LUCA), sau đó đã phát sinh, một cách độc lập, ra hai dòng sống mà chúng ta biết ngày nay .

Tóm lại: Nghiên cứu táo bạo này gợi ý rằng nguồn gốc sự sống không phải là một sự kiện đơn lẻ, mà là một quá trình 'hai nhánh', trong đó vi khuẩn và vi khuẩn cổ đã độc lập tiến hóa từ trạng thái phi sống lên tế bào sống tự do, sử dụng phosphite và palladium như nguồn năng lượng thô sơ trước khi ATP xuất hiện .