20.12.2021
КНЦ РАН
958

Соединения фосфора, способствовавшие появлению жизни, вероятно, образовались при метеоритном ударе

5.1

Российские ученые показали, что циклофосфаты могли появиться в результате столкновения метеорита с Землей. И эта гипотеза, по их мнению, более вероятна, нежели теория о гидротермальном происхождении этих соединений.

Соединения фосфора, способствовавшие появлению жизни, вероятно, образовались при метеоритном ударе / ©Getty images

Фосфор принадлежит к узкой группе элементов, которые, скорее всего, определили возникновение жизни на ранней Земле. Вместе с другими 11 основными химическими элементами в разных комбинациях он составляет молекулы белков и большинства других природных соединений. Фосфорорганические фрагменты – обязательные строительные блоки ДНК, РНК, фосфолипидов и конечно, аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Поэтому фосфор занимает важнейшее место в энергетическом обмене живых организмов. Для образования первичной жизни на ранней Земле необходимо было, чтобы соединения фосфора в достаточном количестве были растворены в воде и могли участвовать в химических процессах.

Сейчас фосфор в природе встречается в составе инертных материалов типа фосфатов. Вероятность того, что фосфаты могли быть источниками фосфора для предшественников живых организмов, очень мала. Ученые до сих пор спорят, какие же соединения фосфора могли поспособствовать появлению «кирпичиков» для биогенных молекул.

Место, где обнаружили циклофосфаты / ©Пресс-служба КНЦ РАН

Образование фосфоэфирной связи C–O–P (фосфорилирование) – это энергоемкая реакция, которая реализуется в биологическом мире посредством ферментативного катализа. Но как могли образоваться эти связи без участия ферментов? Одна из гипотез предполагает водное окисление или амидирование природных фосфидов. Еще один класс мощных агентов фосфорилирования– это циклофосфаты. Гидролитическое раскрытие кольца этих высокоорганических соединений высвобождает энергию, достаточную для начала реакций биомиметического фосфорилирования. Циклофосфаты широко используются в современной промышленности, однако до прошлого года в природе ранее не встречались.

Недавно были опубликованы результаты исследования, проведенного ведущим научным сотрудником Кольского научного центра Сергеем Бритвиным, работающим также в Санкт-Петербургском государственном университете. При изучении природных комплексов фосфидов в бассейне Мертвого моря ученые впервые обнаружили природные циклофосфатные минералы и предположили, что они могли образоваться в раннем периоде развития Земли в результате метеоритной бомбардировки и стали одной из предпосылок к зарождению жизни на планете.

Циклофосфаты / ©Пресс-служба КНЦ РАН

Циклофосфаты обнаружили в породах формации Хартрурим (или «пятнистой зоны»), расположенной на обширной территории Ближнего Востока в Израиле, Палестинской автономии и Иордании. Эта зона известна необычной окраской скал – красных, коричневых, желтых, черных и зеленых оттенков, сложенных из сильно кальцинированных или, возможно, даже расплавленных осадочных пластов, которые подверглись воздействию температур, приближающихся к 1400 градусов Цельсия. Как произошел нагрев до такой высокой температуры – вопрос пока дискуссионный.

Ранние гипотезы предполагали самовозгорание битуминозного вещества, но сейчас ученые склоняются к возгоранию природного метана. Геологический возраст пирометаморфической свиты в формации Хатрурим – от 16 до 2,5 миллионов лет. Исследователи продемонстрировали, что циклофосфаты запускают реакции фосфорилирования без катализатора в очень мягких условиях, типичных для биохимической среды, и поэтому считаются главными кандидатами на роль агентов фосфорилирования, участвующих в возникновении первичной биоты на ранней Земле.

Оставался один вопрос: как смогли образоваться циклофосфаты? По одной из гипотез, соединения, ставшие предпосылкой для появления этих минералов, могли образоваться путем восстановления ортофосфатов в очагах любой геотермальной активности. Но есть более интересная, и как показали дальнейшие исследования, более вероятная гипотеза: возникновение циклофосфатов связано с метеоритной бомбардировкой.

Молекулярное строение циклофосфата / ©Пресс-служба КНЦ РАН

Высокотемпературное происхождение предполагает, что процесс протекает через пиролитическое окисление фосфида, которое может происходить при абляции – сильном испарении и высокотемпературном окислении – метеоритов. Сначала это подтвердилось экспериментальными исследованиями и моделированием, а затем открыватели циклофосфатов с присоединившимися к ним учеными из Германии, США и Италии обнаружили в исторической области Южный Левант минерал, до сих пор известный только в космическом веществе метеоритов. Статья об этом появилась в июньском номере журнала American Mineralogist.

Фосфид (Fe, Ni)2P нашли в начале 2000-х годов в железном метеорите Онелло в отложениях реки Большой Долгучан (Восточная Якутия). В честь кристаллографа Аллы Богдановой его назвали аллабогданит. Первый автор статьи, профессор кафедры кристаллографии СПбГУ и ведущий научный сотрудник Центра наноматериаловедения Кольского научного центра Сергей Бритвин выполнял исследования в рамках гранта Российского научного фонда.

Эксперименты по изучению фазовых переходов земного аллабогданита при высоких давлениях и температурах на синхротроне в Германии показали, что земной аллабогданит мог образоваться при давлении, превышающем 250 тысяч атмосфер. Такие высокие давления возникают только при катастрофических столкновениях с крупными метеоритами либо в условиях мантии, на глубине более 500 километров. Аллабогданит земного происхождения был найден в поверхностных породах.

Таким образом, предположение о том, что циклофосфаты могли появиться в результате столкновения с Землей метеорита, становится более вероятным, нежели теория о гидротермальном происхождении этих соединений. Однако исследователи предостерегают от поспешных выводов при экстраполяции данных экспериментов с синтетическими соединениями на природные системы, поскольку влияние замещающих примесей на условия фазовых переходов может быть неожиданно сильным. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.
Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

8 часов назад
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

Вчера, 18:45
Александра Медведева

Снимки телескопа Hubble показали, что черная дыра в центре карликовой галактики Henize 2-10 создает звезды вместо того, чтобы их разрушать. Открытие может стать ключом к пониманию происхождения сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

17 января
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

17 января
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: