Около 4 миллиардов лет назад Земля была весьма неуютным местом. Здесь не было кислорода. Здесь постоянно извергались вулканы и падали астероиды. И не было никаких признаков жизни даже в самых простых формах. Но именно в этот неспокойный период на Земле появились определенные условия. Которые, как это не странно, позволили возникнуть первым организмам на планете.
Как возникла жизнь на Земле?
Но что же 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 себе исследователи. Они пытались 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 те времена, 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 3,9 миллиарда лет назад 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 же 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 обнаружили интересный способ синтеза строительных блоков для РНК. Для этого использовался цианистый водород, сероводород и ультрафиолетовый свет. 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 обеспечивали объяснение появления первых строительных блоков для жизни. Однако с точки зрения планетарной науки оставалось неясно, были ли такие ингредиенты достаточно многочисленны? Хватило бы их для того, 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 сульфиты и бисульфиты – это новый класс молекул, который был широко доступен на ранней Земле. Химики приступают к испытанию их в лабораториях. Это нужно для того, чтобы понять, могут ли они синтезировать из этих молекул строительные блоки жизни.
Более ранние эксперименты, проведенные коллегами Ранджана, показали, что сульфиты и бисульфиты, возможно, действительно способствовали образованию биомолекул. Группа произвела 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.
Несомненно, что требуются дополнительные исследования. Они должны подтвердить, что сульфидные анионы были действительно ингредиентами при возникновении первых форм жизни. Но уже сейчас нет никаких сомнений в том, что эти молекулы были частью пребиотической среды.