Происхождение жизни связали с возникновением глины

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 абиогенезе (образовании органических молекул) еще 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 идет об абиогенном фотосинтезе, который живые организмы впоследствии освоили посредством сложных белковых комплексов.

Ранее с помощью сульфида цинка ученым 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 ученых, 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.

Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Ранее американские химики показали, что в ходе эволюции сероводород, сенильная кислота и фосфор могли привести к параллельному возникновению основных органических молекул — липидов, аминокислот и нуклеотидов — под воздействием ультрафиолетового излучения.