Спячка: первая в жизни стратегия выживания?

Обобщенная модель спячки. Автор: Труды Королевского общества В: Биологические науки (2025). DOI: 10.1098/rspb.2024.2035

Ученые до сих пор не уверены, как впервые возникла и сохранилась жизнь, но новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, предполагает, что химические предшественники жизни справлялись с такими суровыми условиями благодаря обратимым изменениям в активности и защите - явлению, известному как спячка.

Кевин Вебстер, младший научный сотрудник Института планетологии, возглавлял исследование, а Джей Леннон из Университета Индианы был соавтором.

"Меня действительно интересуют вопросы, связанные с происхождением жизни", - сказал Вебстер. "Мой коллега Джей Леннон действительно интересуется состоянием покоя. Однажды мы разговаривали, и он спросил, считаю ли я, что спячка старше жизни. И я ответил, что почти уверен в этом. Вот что привело к написанию этой статьи."

Организмы используют период покоя, чтобы снизить риск смерти, защищая себя от неблагоприятных условий и восстанавливаясь после возвращения благоприятных.

"Если вы активны, но у вас нет пищи, например, из-за пересыхания реки, вы умрете", - сказал Вебстер. - Но если вы сможете выдержать эти по-настоящему засушливые условия во время спячки, то сможете вернуться к активной деятельности, как только снова появится вода, и выжить, чтобы передать свою генетическую информацию".

Вебстер и Леннон изучили летопись окаменелостей и изучили древо жизни, чтобы обнаружить, что состояние покоя использовалось самыми разными организмами на протяжении всей истории Земли, включая сегодняшний день.

"За счет снижения уровня смертности в неоптимальных условиях спячка снизила бы вероятность локального и глобального вымирания. Кроме того, спячка создает «банк семян» неактивных особей", - пишут авторы, что означает, что жизнь не нуждается в повторном возобновлении во время бурной молодости Земли.

Однако ключом к этой статье является не только то, что спячка сделала жизнь более устойчивой, но и то, что еще до возникновения жизни ее химические предшественники, вероятно, проявляли признаки спячки, включая способность существовать в различных состояниях активности, переходить между этими состояниями активности и испытывать некоторую степень защиты от распада пока находится в состоянии покоя.

Некоторые молекулы с помощью различных процессов могут переключаться между состоянием покоя (во время которого они защищены, но неспособны к репликации) и активностью (во время которой они более уязвимы для окружающей среды, но способны к репликации). Переключение между этими состояниями может происходить в связи с изменениями окружающей среды, такими как температура или доступность других молекул.

Например, ДНК — молекула, содержащая генетическую информацию, — состоит из двух переплетенных нитей, которые могут реагировать на изменения температуры. Высокие температуры могут привести к разделению двух нитей, а более низкие температуры могут привести к самопроизвольной рекомбинации двух отдельных нитей. ДНК также может обволакиваться белками, называемыми гистонами, чтобы надежно зафиксировать свой генетический код, а затем разматываться, когда возникают благоприятные условия для репликации.

"Мы приводим довод о том, что эти молекулы могут выполнять эти функции в биологических условиях, и что на ранней Земле мы, возможно, наблюдали подобное поведение еще до возникновения жизни", - сказал Вебстер. В будущей работе Вебстер намерен проверить эти идеи с помощью моделирования. В частности, он хочет проверить, как состояние покоя может повлиять на стабильность систем химических реакций в пребиотических условиях, которые претерпевают изменения в окружающей среде.

Более того, спячка, вероятно, также повлияла на то, как жизнь колонизировала планету, в зависимости от того, где она зародилась. Например, если жизнь впервые расцвела в изолированном внутреннем горячем источнике, спячка могла помочь ей распространиться за пределы первоначального оазиса. Если бы жизнь развивалась в океане, простирающемся по всему земному шару, то состояние покоя, возможно, не играло бы такой важной роли.

Понимание того, как жизнь зародилась, распространилась и сохранилась на Земле, может также пролить свет на то, как жизнь могла возникнуть в других местах.

"Как происходит переход жизни из этого чисто неживого состояния в то, которое в конечном итоге становится живым? Меня интересует этот вопрос, потому что он также может помочь в поиске жизни на отдаленных планетах", - сказал Вебстер. - Это может рассказать нам кое-что о процессах, через которые должна пройти планета, чтобы возникла жизнь, и о том, на что следует обратить внимание, когда это произойдет".

Большая информация: Кевин Д. Вебстер и др., "Спячка в происхождении, эволюции и сохранении жизни на Земле", Труды Королевского общества биологических наук (2025). DOI: 10.1098/rspb.2024.2035

Источник: Planetary Science Institute