Химия первой жизни Земли

Около 4 миллиардов лет назад Земля была весьма неуютным местом, лишенным кислорода, подверженным извержениям вулканов и бомбардировке астероидами, без признаков жизни даже в самых простых формах. Но именно в этот неспокойный период химия Земли оказалась благосклонна к жизни, позволив, как это не странно, возникнуть первым организмам на планете.

Как возникла жизнь?

Что вызвало этот критический поворотный момент? Как живые организмы появились в таком неспокойном мире? И каковы были химические реакции, которые создали первые аминокислоты, белки и другие строительные блоки жизни? Вот некоторые из вопросов, которые десятилетиями задавали исследователи, пытаясь выяснить истоки возникновения жизни на Земле.

Ученые из Массачусетского технологического института и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики определили ключевые ингредиенты, которые присутствовали на Земле в больших концентрациях примерно в то время, когда появились первые организмы.

Исследователи обнаружили, что класс молекул, называемых сульфидными анионами, мог быть достаточно распространен в озерах и реках древней Земли. Они подсчитали, что около 3,9 миллиарда лет назад извергающиеся вулканы выбрасывали в атмосферу огромные количества двуокиси серы, которые в конечном итоге растворялись в воде в виде сульфидных анионов – в частности, сульфитов и бисульфитов. Вероятно, эти молекулы могли накапливаться на мелководьях озер и рек.

« Мы обнаружили, что в мелководных озерах эти молекулы были неотъемлемой частью окружающей среды», – говорит исследователь Сукрит Ранджан.«Сейчас мы пытаемся выяснить, являются ли обнаруженные молекулы неотъемлемой частью процесса возникновения жизни».

Предварительная работа Ранджана и его коллег предполагает, что сульфидные анионы ускорили бы химические реакции, необходимые для преобразования самых простых пребиотических молекул в РНК, генетический строительный блок жизни.

«До этой работы ученые понятия не имели, какие уровни сульфидных анионов присутствовали в естественных водах на ранней Земле; теперь нам это известно», – говорит Ранджан. «Это в корне меняет наши знания о древней Земле и оказывает непосредственное влияние на лабораторные исследования происхождения жизни».

Изучение ранней Земли

В 2015 году химики из Кембриджского университета во главе с Джоном Сазерлендом, который является соавтором настоящего исследования, обнаружили способ синтеза строительных блоков для РНК с использованием цианистого водорода, сероводорода и ультрафиолетового света – эти компоненты, как считается, были доступными на ранней Земле до появления первых форм жизни.

Вывод исследователей был убедителен: химические реакции, которые они проводили в лаборатории, преодолели давние химические проблемы, и обеспечили объяснение появления первых строительных блоков для жизни. Но с точки зрения планетарной науки было неясно, были ли такие ингредиенты достаточно многочисленны, чтобы появились первые живые организмы.

Вместо того, чтобы приближаться к загадке истоков жизни с точки зрения химии, Ранджан посмотрел на проблему с точки зрения существовавших условий на планете. Он пытался определить реальные условия, которые могли существовать на ранней Земле примерно в то время, когда появились первые организмы.

 

«Во время крупных вулканических извержений уровень концентрации сульфитных соединений был, вероятно, очень высок», – говорит Ранджан.

Новые результаты показывают, что на сульфиты и бисульфиты это новый класс молекул, который были широко доступен на ранней Земле. Химики могут теперь испытывать их в лабораториях, чтобы понять, могут ли они синтезировать из этих молекул строительные блоки жизни.

Ранние эксперименты, проведенные коллегами Ранджана, предполагают, что сульфиты и бисульфиты, возможно, действительно способствовали образованию биомолекул. Группа провела химические реакции синтеза рибонуклеотидов из сульфитов и бисульфитов по сравнению с гидросульфидом и обнаружила, что первые способны продуцировать рибонуклеотиды и родственные им молекулы в 10 раз быстрее, чем последние. Требуются дополнительные исследования, чтобы подтвердить, что сульфидные анионы были действительно ингредиентами при возникновении первых форм жизни, но сейчас нет никаких сомнений в том, что эти молекулы были частью пребиотической среды.

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: