Возникновение глины связали с зарождением жизни

Возникновение глины связали с зарождением жизни

Объединенная команда ученых из Университета Кентукки (США), Массачусетского технологического института и канадского Университета МакГилла продемонстрировала, как янтарная кислота, которая является одним из центральных метаболитов в наших клетках, способна катализировать формирование цинк-содержащего глинистого минерала из отдельных компонентов буквально в горячей воде. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Если, согласно библейскому преданию, первый человек был создан из глины, то откуда тогда взялась глина? По современным представлениям, жизнь на Земле зарождалась параллельно геологическим процессам. Не только глинистые минералы катализировали формирование сложных органических молекул, но и наоборот, органические молекулы — будущие компоненты протоклеток — способствовали образованию минералов. Вероятно, благодаря своим адсорбирующим свойствам и способности связывать заряженные молекулы, глина в свое время сыграла роль идеальной «подложки» для образования полимеров, таких как РНК (о «мире РНК» можно почитать например здесь), из отдельных нуклеотидов, и образования пузырьков из молекул жирных кислот, которые послужили прототипом клеточных мембран. Именно поэтому процессы формирования минералов, слагающих глину, интересуют не только геологов, но и специалистов по происхождению жизни.

Из неорганических элементов, слагающих глину, самым интересным с точки зрения биохимиков является цинк. Еще до того, как он вошел в состав многих эволюционно консервативных клеточных белков, помогая им поддерживать структуру, цинк, предположительно, сыграл свою роль в процессе абиогенеза, т.е. образования органических молекул, впоследствии распространенных в живых системах. Известно, что кристаллы сульфида цинка (ZnS) обладают способностью к фотокатализу, т.е. превращению энергии солнечного света в энергию химических связей (на этом факте строится современная гипотеза «цинкового мира», которую в том числе активно разрабатывает российский ученый Армен Мулкиджанян). Фактически, это абиогенный фотосинтез — процесс, который живые системы воспроизвели много позже путем создания сложных белковых комплексов. В лабораторных условиях с участием сульфида цинка удалось катализировать взаимопревращение компонентов цикла трикарбоновых кислот (один из центральных и эволюционно консервативных внутриклеточных процессов). Ученые предположили, что последние, в свою очередь, могли бы способствовать образованию цинк-содержащих минералов.

Одним из компонентов цикла трикарбоновых кислот является янтарная кислота — молекула, состоящая из четырех атомов углерода и содержащая два отрицательных заряда. Благодаря своему строению она способна связывать ионы металлов, в частности алюминия. Алюминий является одним из основных компонентов глин, наряду с кремнием. В своей работе ученые, используя янтарную кислоту в качестве катализатора, воспроизвели в пробирке сауконит — глинистый минерал, содержащий, помимо алюминия и кремния, ионы цинка и натрия. Всего лишь за 20 часов, в относительно мягких условиях (при нормальном атмосферном давлении и температуре 90 градусов Цельсия), исследователям удалось получить в растворе видимые кристаллы сауконита. Конечно, помимо янтарной кислоты и воды, в растворе были еще кремниевая кислота и ионы металлов, из которых и собрался минерал.

Приведенные условия окалались оптимальными для формирования кристаллов, но на самом деле образование минерала шло, хоть и с меньшей скоростью, и при другой температуре. Такая «устойчивость», возможность существования реакции в относительно широком диапазоне условий, делает гипотезу авторов более правдоподобной. Исходя из результатов можно говорить о том, что образование органических молекул благодаря фотокатализу поспособствовало формированию глинистых почв, которое, в свою очередь, оказалось важным для появления более сложных органических молекул. Таким образом, как подчеркивают авторы работы, фотохимия могла бы сыграть решающую роль в формировании жизни на Земле и, возможно, других твердых планетах (для более подробного ознакомления с этой и другими гипотезами можно порекомендовать прочитать, например, книгу Михаила Никитина «Происхождение жизни. От туманности до клетки»).

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>