Зарождение жизни связали с возникновением глины

Исследователи из Канады и США показали, что янтарная кислота – один из ключевых метаболитов в клетках живых организмов – может катализировать образование глинистого минерала буквально в горячей воде. Статья опубликована в журнале Scientific Reports, передаёт naked-science.ru.

По современным представлениям, зарождение жизни на Земле протекало параллельно с геологическими процессами. При этом их механизмы носили взаимопроникающий характер: так, глинистые материалы катализировали возникновение сложных органических молекул – будущих элементов протоклеток, – которые, в свою очередь, стимулировали формирование минералов.

Предполагается, что благодаря способности связывать заряженные молекулы и высокой адсорбции глина могла послужить "подложкой" для синтеза полимеров, например РНК, из разрозненных нуклеотидов и образования прототипов клеточных мембран из жирных кислот. Поэтому глинистые минералы интересуют как геологов, так и эволюционных биологов.

С точки зрения биохимии, наиболее примечательным из неорганических составляющих глины является цинк. Вероятно, он сыграл свою роль в образовании органических молекул ещё до вхождения в состав эволюционно консервативных клеточных последовательностей, которым помогал поддерживать структуру.

Известно, что кристаллы сульфида цинка способны на фотокатализ – превращение энергии солнечного света в энергию химических связей, – это свойство используется в качестве отправной точки для гипотезы "цинкового мира". Фактически речь идёт об абиогенном фотосинтезе, который живые организмы впоследствии освоили посредством сложных белковых комплексов.

Ранее с помощью сульфида цинка учёным удалось катализировать взаимопревращение элементов цикла трикарбоновых кислот (одного из центральных внутриклеточных процессов) в лабораторных условиях. В новой работе сотрудники Массачусетского технологического института, Университета Макгилла и Университета Кентукки проверили, могут ли эти кислоты стимулировать формирование содержащих цинк минералов.

Одним из компонентов цикла выступает янтарная кислота, которая благодаря строению может связывать ионы металлов, в том числе алюминия – важного компонента глин. Используя янтарную кислоту, авторы воспроизвели в пробирке глинистый минерал сауконит. Кристаллы были получены при температуре раствора 90 градусов Цельсия и нормальном атмосферном давлении в течение 20 часов.

Помимо воды и янтарной кислоты раствор также содержал ионы металлов и кремниевую кислоту. По словам учёных, указанные условия оказались оптимальными, однако формирование минерала происходило и при другой температуре, пусть и с меньшей скоростью.

Возможность проведения реакции в относительно широком диапазоне средовых условий позволяет предположить, что в процессе эволюции возникновение органических молекул в результате фотокатализа привело к образованию глинистых почв, которые сыграли важную роль в появлении сложных органических молекул.

Таким образом, как подчеркивают авторы работы, фотохимия могла сыграть решающую роль в формировании жизни на Земле и, возможно, других твёрдых планетах.