Для зарождения жизни на Земле подобрали другой рецепт

Первые молекулы-предшественники нуклеиновых кислот получились не из сероводорода, а из диоксида серы.

В древнейшие времена химическое сырьё для синтеза биологических макромолекул могло прилететь на Землю с метеоритными дождями. (Иллюстрация NASA Goddard Space Flight Center / Flickr.com)

Споры о происхождении жизни на Земле долгое время упирались в то, что невозможно было представить, как большие биомолекулы – белки, липиды и нуклеиновые кислоты – могли возникнуть из элементарного химического сырья.

Даже если допустить, что первыми молекулами были рибонуклеиновые кислоты (так называемая гипотеза мира РНК), то все равно остается вопрос, откуда на молодой планете появились рибонуклеотиды – молекулярные «кирпичи», из которых состоят цепи РНК. Сейчас рибонуклеотиды синтезируют ферменты, но ведь в пра-пра-праисторические времена ферментов не было.

Однако не так давно химикам удалось показать, что «кирпичи» для рибонуклеиновых кислот вполне можно получить из очень простых исходных веществ: цианистого водорода (HCN) и сероводорода (H2S); и что для того, чтобы необходимые реакции произошли, нужны ультрафиолетовое излучение и определенные катализаторы, которые вполне могли быть на тогдашней Земле. Более того, исследователям удалось показать, что из того же цианистого водорода и сероводорода можно получить молекулы-предшественники для синтеза аминокислот (а значит, и белков) и липидов.

То есть с химической точки зрения никаких препятствий для возникновения биомолекул не было. Но ведь те химические реакции шли не в лаборатории, а в конкретном земном ландшафте. И хотя мы говорим, что и сероводорода, и цианистого водорода на Земле было много, вовсе не факт, что их концентрации в древних морях хватало, чтобы начать формировать сырье для нуклеиновых кислот.

Например, сероводорода, который вылетал из извергающихся вулканов, и впрямь было очень много, но в воде он растворяется плохо – значит, он оставался преимущественно в атмосфере. А вот цианистый водород, в изобилии прилетавший на Землю вместе с кометами, легко переходил в море – но вряд ли в море хватало сероводорода на те самые замечательные реакции.

Однако кроме сероводорода в вулканических выбросах был и диоксид серы (SO2), который как раз в воде растворяется хорошо. Ранее Раньян Сукрит (Ranjan Sukrit) и его коллеги из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и Массачусетского технологического института показали, что сульфитные ионы, появляющиеся в водном растворе диоксида серы, тоже могут участвовать в химических реакциях, в ходе которых получаются предшественники РНК. Более того, с сульфитами такие реакции идут в 10 раз быстрее, чем с сероводородом.

С помощью данных геологических исследований и математической модели, оценивающей интенсивность вулканических извержений в разные эпохи, удалось примерно рассчитать, сколько диоксида серы давали вулканы 3,9 млрд лет назад – именно тогда на Земле предположительно появилась какая-то жизнь.

В статье в журнале Astrobiology говорится, что в прибрежных водах (в лужах, оставленных приливами, и пр.) количество сульфитных ионов было вполне достаточным – его там было столько же, сколько в лабораторных пробирках, в которых исследователи синтезировали молекулы-предшественники РНК. (При этом в открытом океане концентрация таких ионов была явно недостаточной, что вполне понятно – там молекулы просто рассеивались в огромной массе воды.) Так что, возможно, в рецепте происхождения жизни на Земле стоит заменить H2S на SO2, потому что диоксида серы было не просто много – его было много в нужном месте, там, где он мог участвовать в формировании «преджизненных» молекул.

Конечно, говорить о том, что творилось в те далекие времена на Земле, можно только с определенной долей вероятности. Но при все при том возникновение жизни из элементарных химических соединений кажется все более вероятным.

Источник: www.nkj.ru