При попытке понять происхождение жизни на Земле исследователи сталкиваются с парадоксом. Известно, что вода является незаменимым растворителем для всех известных форм жизни, существующих сегодня. Но в то же время она препятствует образованию цепочек полимеров нуклеиновых кислот, таких как РНК. Которые были, вероятно, предвестниками жизни. Возникает вопрос: как же тогда образовались первые нуклеиновые кислоты? Одно из решений этого «водного парадокса» может быть таким – жизнь могла возникнуть на основе чего-то другого. Не воды. И позже адаптировалась к ее присутствию.
«Мы взволнованы возможностью того, что жизнь на водной основе может возникнуть вообще без воды»,- сообщил порталу Phys.org исследователь из Гарвардского университета Захари Адам.
Вместо воды – формамид
Адам и его коллеги исследовали свойства основного претендента на альтернативную замену воде под названием формамид. Это прозрачная жидкость, состоящая из водорода, кислорода, углерода и азота. Формамид способствует образованию полимерных связей даже больше, чем вода. А также реагирует с другими молекулами с образованием нуклеотидов, аминокислот и некоторых других основных соединений. Необходимых для получения нуклеиновых кислот.
Но для этого предположения есть серьезная проблема: формамид не встречается на Земле в естественном виде в каком-либо значительном количестве. Хотя формамид широко используется в промышленности в качестве растворителя при изготовлении фармацевтических препаратов и пестицидов, весь его объем производится синтетически.
Но формамид был обнаружен в космосе. И это мотивировало исследователей предполагать, что возможно он попал на Землю с кометами или метеоритами. Но вряд ли этот сценарий мог бы создать большие концентрированные резервуары формамида, необходимые для формирования молекул, предшествующих появлению жизни.
В новой научной публикации группа исследователей, возглавляемая Адамом и его соавтором Масаси Аоно из Университета Кэйо и Токийского технологического института, продемонстрировала возможность того, что формамид, возможно, производился в больших количествах с участием излучения в некоторых районах ранней Земли.
В своих экспериментах исследователи облучали гамма-лучами цианид водорода и ацетонитрил. Эти два химических вещества присутствовали на ранней Земле. И обнаружили, что формамид является одним из основных продуктов такого процесса.
Радиация
В своих экспериментах исследователи использовали изотоп кобальта-60 для создания гамма-лучей. Они считают, что на ранней Земле излучение могло быть получено от радиоактивных месторождений полезных ископаемых. (Обнаруженных сегодня по всему миру). В которых происходило деление урана. В настоящее время только один регион содержит доказательства существования небольшого участка урановых зон, которые существовали в ранней геологической истории Земли – в районе Окло, Габон, Африка, – но эти зоны стали активны уже только после того, как возникла жизнь.
Исследователи подсчитали, что если бы подобные зоны существовали 4 миллиарда лет назад, то один такой участок мог бы производить на 6 порядков больше формамида, чем тот объем, который был получен при оценке доставки вещества кометами и метеоритами. Полученные результаты показывают, что радиоактивные минеральные отложения могут образовывать достаточное количество формамида для накопления его до высоких концентраций, образовавших крупные формамидные резервуары, в которых нуклеиновые кислоты могли синтезироваться в качестве предшественников первых живых организмов.
«Считается, что проблема происхождения жизни станет решаемой, если мы смогли бы понять, как прототипные строительные блоки жизни, такие как биополимеры и метаболиты, смогли сформироваться в существовавших условиях ранней Земли», – сказал Аоно. «Но нас не устраивает такой образ мышления. Жизнь не следует рассматривать как мешок, полный строительных блоков. Ее следует понимать как сложную сеть химических реакций».
Как поясняют исследователи, излучение особенно уникально в качестве источника энергии для возникновения истоков жизни. Если сравнивать с окислительно-восстановительной химией или простым нагревом. Как заявил Адам, это связано с тем, что радиация «управляет экспансивной сетью реакций, а не просто множеством продуктов, составляющих массив всех входных данных».
Конечно, исследователи только показали, как это могло произойти, а не то как это произошло. В будущем они планируют продолжить изучение всех возможных сценариев возникновения жизни. И изучить возможности каждого происходящего процесса и оценить, куда их приведут полученные доказательства.