Молекулы, которые считаются важными для зарождения жизни на Земле, могли возникнуть из неорганических химических веществ, говорится в новой работе, которая дает потенциально важное представление о том, как живые организмы появились на нашей планете миллиарды лет назад.
Недавнее исследование, проведенное учеными Ньюкаслского университета при поддержке Совета по изучению природной среды Великобритании, было посвящено не только происхождению жизни на Земле, но и тому, как геологические материалы помогли возникнуть некоторым из самых ранних организмов планеты.
В ходе серии экспериментов исследователи использовали водород, бикарбонат и магнетит с высоким содержанием железа в условиях, очень похожих на те, что возникают в природе вблизи жерл на дне океана, из которых бьет очень горячая, богатая минералами вода.
Известные как гидротермальные источники, эти горячие участки на морском дне являются средой, признанной обитаемой для экстремофилов – микроорганизмов, которые бросают вызов ожиданиям ученых своей способностью процветать в очень суровых условиях, включая невероятный жар, а также экстремальную кислотность.
В ходе недавнего исследования, проведенного командой из Ньюкасла, был получен целый ряд различных органических молекул, включающих до 18 атомов углерода, а также карбоновые кислоты.
Эти кислоты – более известные как жирные кислоты – представляют собой органические молекулы, компоненты которых являются одновременно гидрофобными и гидрофильными. Короче говоря, входящие в их состав органические участки могут как притягивать, так и отталкивать воду, что приводит к естественному образованию клеточных отсеков в водной среде, которые, как предполагают исследователи, могли сыграть ключевую роль в формировании клеточных мембран.
Хотя важность жирных кислот для клеточного состава и так хорошо известна, одна из проблем, которую не смогли раскрыть предыдущие исследования, заключалась в том, откуда эти кислоты взялись и как они могли дать начало одним из самых ранних клеточных живых организмов планеты.
Доктор Грэм Пурвис, научный сотрудник Даремского университета, руководивший исследованиями, проведенными в Ньюкасле в рамках данной работы, говорит, что понимание процессов, которые привели к формированию клеточных компартментов, имеет центральное значение для понимания зарождения жизни на нашей планете.
“Эти отсеки сыграли важную роль в развитии реакций, поддерживающих жизнь, концентрируя химические вещества и способствуя выработке энергии, – говорится в заявлении Пурвиса, – потенциально служа краеугольным камнем самых ранних моментов жизни”.
Однако один из главных вопросов о подобных процессах, которые должны были происходить на первобытной Земле, – это вопрос о том, где они могли происходить.
Основным претендентом на место, где могли происходить подобные процессы, являются гидротермальные источники. Такая среда могла способствовать смешиванию горячей воды с жидкостями, богатыми водородом и другими минералами.
Когда эта чрезвычайно горячая вода выходит из жерл на дне океана, она смешивается с морской водой, содержащей углекислый газ.
В ходе экспериментов исследовательская группа из Ньюкасла смогла воспроизвести условия, которые существовали в химической среде вдоль этих первобытных источников в древних океанах Земли. Исследования показали, что богатые водородом жидкости, смешиваясь не только с водой, содержащей углекислый газ, но и с минералами, богатыми железом, приводили к образованию молекул в результате естественных процессов, которые могли иметь ключевое значение для создания ранних клеточных мембран.
Результаты исследования показывают, что в таких условиях могли образовываться простые клеточные мембраны, что, вероятно, послужило толчком к формированию ранней жизни. Кроме того, в таких условиях могли образовываться различные типы клеточных мембран. Однако потенциально очень важным является то, что этот процесс также может быть хорошим источником для производства кислот, имеющих решающее значение для формирования жизни, которые были обнаружены в других местах, а именно в метеоритах.
Доктор Джон Теллинг, главный исследователь и преподаватель биогеохимии в Школе естественных наук об окружающей среде Ньюкасла, говорит, что новая работа указывает на вероятный способ, с помощью которого появились самые ранние формы жизни на Земле и в настоящее время команда сосредоточена на изучении того, что произошло бы дальше. Дальнейшее, по словам Теллинга, вероятно, включало бы отсоединение органических молекул от минеральных поверхностей и формирование “сферических мембранных отсеков, похожих на клетки; первые потенциальные “протоклетки”, которые в будущем сформировали первую клеточную жизнь”.
Еще один интересный вывод, к которому пришли исследователи, – предположение о том, что процессы, приводящие к образованию мембран, могли происходить не только в древности, но и сейчас происходят в океанах, находящихся под ледяными щитами лун нашей Солнечной системы.
То есть, давнее предположение, что живое появилось из неживого, похоже, находят научное подтверждение.
Новая работа группы исследователей, “Генерирование длинноцепочечных жирных кислот путем водородного восстановления бикарбонатов в древних щелочных гидротермальных источниках” (Graham Purvis et al.), была опубликована в журнале Communications Earth & Environment 10 января 2024 года.
Читайте также: Ходят слухи, что телескоп Уэбба обнаружил жизнь на другой планете