Жизнь на Земле, возможно, началась не с молнии и метановых бурь, а с тихой реакции в воде при шести градусах
NewsMakerМинерал, которым покрыто дно океана, мог быть фабрикой по производству молекул жизни — прямо сейчас учёные это доказывают.
Загадка происхождения жизни на Земле стала чуть менее туманной. Ученые нашли химический путь, который мог постоянно снабжать молодую планету цианистым водородом без богатой метаном атмосферы. Главную роль в реакции сыграл диоксид марганца, обычный минерал, способный превращать аминокислоты в HCN в воде.
Цианистый водород давно занимает особое место в теориях о зарождении жизни. Небольшая и очень реакционноспособная молекула может служить сырьем для более сложных соединений, включая аминокислоты, азотистые основания и сахара. Еще знаменитый эксперимент Миллера и Юри 1953 года показал, что при подходящих условиях HCN помогает получить химические кирпичики, из которых могла начаться биология.
Проблема возникла позже, когда геологи стали пересматривать состав атмосферы ранней Земли. Классические реакции образования цианистого водорода хорошо работают в среде, богатой метаном, но современные данные говорят, что на молодой Земле метана, вероятно, было мало. Значит, у ученых оставался неприятный разрыв в сценарии: HCN нужен для пребиотической химии, но привычный источник HCN мог работать слишком слабо.
Команда профессора Рюхэя Накамуры и доктора Ямэй Ли из Института науки Токио решила проверить, могли ли минералы ранней Земли запускать другой путь образования HCN. Исследователи изучили 38 природных минералов и проверили, способны ли минералы превращать глицин, самую простую и, вероятно, одну из самых распространенных аминокислот в пребиотической среде, в цианистый водород без кислорода и без восстановительной атмосферы.
Лучше всех с задачей справился диоксид марганца, MnO₂. В опытах минерал давал концентрации цианида до двух порядков выше, чем остальные проверенные минералы. Реакция шла в воде, при широком диапазоне кислотности, от кислой до сильно щелочной среды, а также при температурах от 6 до 60 °C. Ученые отдельно отметили, что образование HCN продолжалось даже при очень низкой концентрации аминокислот.
Изотопные метки помогли подтвердить, что цианистый водород образуется прямо из углеродного скелета глицина. Диоксид марганца окисляет аминокислоту, разрывает связь между атомами углерода и высвобождает HCN вместе с побочными продуктами, включая аммиак и формиат. Похожий путь сработал не только для глицина, но и для нескольких других белковых аминокислот, а также коротких пептидов.
Авторы работы считают, что ранняя Земля могла получать цианистый водород непрерывно, без необходимости в метановой атмосфере. Источником служили аминокислоты, которые появлялись по независимым от метана пребиотическим маршрутам или попадали на планету с метеоритами.
Открытие связывает химию молодой Земли с процессами живых организмов. Современные биологические системы тоже способны получать HCN из аминокислот через похожие промежуточные стадии. Новый минеральный путь не доказывает, как именно возникла жизнь, но закрывает важную брешь в одной из главных гипотез и показывает, что простые минералы могли играть гораздо более активную роль в химической эволюции планеты.
Загадка происхождения жизни на Земле стала чуть менее туманной. Ученые нашли химический путь, который мог постоянно снабжать молодую планету цианистым водородом без богатой метаном атмосферы. Главную роль в реакции сыграл диоксид марганца, обычный минерал, способный превращать аминокислоты в HCN в воде.
Цианистый водород давно занимает особое место в теориях о зарождении жизни. Небольшая и очень реакционноспособная молекула может служить сырьем для более сложных соединений, включая аминокислоты, азотистые основания и сахара. Еще знаменитый эксперимент Миллера и Юри 1953 года показал, что при подходящих условиях HCN помогает получить химические кирпичики, из которых могла начаться биология.
Проблема возникла позже, когда геологи стали пересматривать состав атмосферы ранней Земли. Классические реакции образования цианистого водорода хорошо работают в среде, богатой метаном, но современные данные говорят, что на молодой Земле метана, вероятно, было мало. Значит, у ученых оставался неприятный разрыв в сценарии: HCN нужен для пребиотической химии, но привычный источник HCN мог работать слишком слабо.
Команда профессора Рюхэя Накамуры и доктора Ямэй Ли из Института науки Токио решила проверить, могли ли минералы ранней Земли запускать другой путь образования HCN. Исследователи изучили 38 природных минералов и проверили, способны ли минералы превращать глицин, самую простую и, вероятно, одну из самых распространенных аминокислот в пребиотической среде, в цианистый водород без кислорода и без восстановительной атмосферы.
Лучше всех с задачей справился диоксид марганца, MnO₂. В опытах минерал давал концентрации цианида до двух порядков выше, чем остальные проверенные минералы. Реакция шла в воде, при широком диапазоне кислотности, от кислой до сильно щелочной среды, а также при температурах от 6 до 60 °C. Ученые отдельно отметили, что образование HCN продолжалось даже при очень низкой концентрации аминокислот.
Изотопные метки помогли подтвердить, что цианистый водород образуется прямо из углеродного скелета глицина. Диоксид марганца окисляет аминокислоту, разрывает связь между атомами углерода и высвобождает HCN вместе с побочными продуктами, включая аммиак и формиат. Похожий путь сработал не только для глицина, но и для нескольких других белковых аминокислот, а также коротких пептидов.
Авторы работы считают, что ранняя Земля могла получать цианистый водород непрерывно, без необходимости в метановой атмосфере. Источником служили аминокислоты, которые появлялись по независимым от метана пребиотическим маршрутам или попадали на планету с метеоритами.
Открытие связывает химию молодой Земли с процессами живых организмов. Современные биологические системы тоже способны получать HCN из аминокислот через похожие промежуточные стадии. Новый минеральный путь не доказывает, как именно возникла жизнь, но закрывает важную брешь в одной из главных гипотез и показывает, что простые минералы могли играть гораздо более активную роль в химической эволюции планеты.