Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.12.2021
КНЦ РАН
1 087

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 13:02
Александра Медведева

Новое исследование указало на мобильные элементы, которые могут перемещаться и размножаться в пределах генома, как на наиболее вероятный источник подавляющего большинства интронов, некодирующих участков ДНК эукариот. Открытие позволяет объяснить огромные различия в количестве интронов в геномах разных видов.

Позавчера, 13:13
Алиса Гаджиева

Палеонтологи обнаружили останки никогда ранее не встречавшегося дасплетозавра, который, возможно, был прямым предком Tyrannosaurus rex. Эта находка может разрешить серьезные споры об эволюционной родословной самого знаменитого динозавра.

Вчера, 10:24
Александр Березин

Черные дыры периодически разрывают звезды на части, но параметры конкретно этого события из ранней Вселенной поставили ученых в тупик.

26 ноября
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

26 ноября
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

26 ноября
Денис Тулинов

Технологии искусственного интеллекта проникают во все сферы жизни. Наука не исключение — ученые начинают использовать машинное обучение все активнее, и за ним уже есть реальные научные достижения. Но это лишь прелюдия: ИИ явился не просто помочь с расчетами, его роль в будущем масштабнее — он усилит наше мышление, указывая на взаимосвязи, которые человеческому уму не видны. Наука изменится. Naked Science полагает, что у нее появился новый способ изучать мир.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[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
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
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: