Химия первой жизни Земли

Древняя Земля

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.

 

Расскажите друзьям!

Может быть интересно:

  • Эволюция древней жизниЭволюция древней жизни Согласно выводам недавно опубликованного исследования, жизнь на Земле могла возникнуть в условиях низких температур, и в последствии распространиться в более теплые районы. Об этом говорит […]
  • Метаногены. Об атмосфере ранней Земли.Метаногены. Об атмосфере ранней Земли. Ученые пришли к выводу, что метан-продуцирующие микробы существовали уже 3,5 миллиарда лет назад и могли способствовать глобальному потеплению. Древние формы жизни, скорее всего, обладали […]
  • Жизнь может быть редкостью во ВселеннойЖизнь может быть редкостью во Вселенной Жизнь земного типа может быть гораздо менее распространена в космосе, чем было принято считать раньше. Об этом говорится в опубликованном исследовании, которое указывает на практически […]
  • Конвергентная эволюцияКонвергентная эволюция Конвергентная эволюция - это независимое друг от друга развитие похожих органов или возможностей у организмов, которые биологически не связаны напрямую друг с другом. В качестве примера […]
  • Если бы динозавры не вымерлиЕсли бы динозавры не вымерли Что было бы, если бы огромный метеорит не упал бы на Землю в конце мелового периода 65 миллионов лет назад? Можно предположить, что динозавры бы в таком случае не вымерли бы, и […]
  • Что мы знаем о птерозаврах?Что мы знаем о птерозаврах? Динозавры, существовавшие в древние времена и известные нам сейчас лишь по ископаемым останкам, поражают наше воображение. Однако их родственники, покорившие небо, птерозавры, не получают […]
  • Жизнь на замерзших планетахЖизнь на замерзших планетах Примерно 650 миллионов лет назад обширные ледники простирались от полюсов до тропиков, погрузив Землю в замороженное состояние, которое продолжалось в течение миллионов лет. Это […]
  • Гены предков. Технология рекомбинации ДНК.Гены предков. Технология рекомбинации ДНК. Команда ученых из Университета Аризоны разработала уникальную методику изучения процессов древней эволюции. Эта технология, известная как "воскрешение гена предков", позволяет вставлять […]
  • Жизнь возле звезд с низкой массойЖизнь возле звезд с низкой массой Низкомассивные звезды являются в настоящее время наиболее перспективными объектами при поиске потенциально пригодных для жизни планет. Вместе с тем новые исследования показывают, что […]
  • Kepler 452 b. Всего лишь мираж?Kepler 452 b. Всего лишь мираж? Пересмотрев архивные данные, некоторые астрономы ставят под сомнение существование Kepler 452 b, самой перспективной планеты земного типа, находящейся вне Солнечной […]

Оставьте комментарий

Понравилась статья? Расскажите друзьям!