Цианид в метеоритах как ключ к происхождению жизни

Соединения цианида в метеоритах как ключ к происхождению жизни

Цианид и оксид углерода являются смертельными ядами для человека, однако соединения, содержащие железо, цианид и окись углерода, обнаруженные группой учёных из Государственного университета Бойсе и НАСА в богатых углеродом метеоритах, вероятно, помогли появиться жизни на ранней Земле.

Внеземные соединения, обнаруженные в метеоритах, напоминают активные центры гидрогеназ, которые являются ферментами, обеспечивающими энергией бактерии и археи, расщепляя газообразный водород (H2).

Результаты исследований показывают, что эти соединения присутствовали также и на ранней Земле, до возникновения жизни, в тот период времени, когда Земля постоянно подвергалась бомбардировке метеоритами, а атмосфера, вероятно, была более богатой водородом.

"Когда люди думают о цианиде, им часто представляется некий шпионский фильм – парень глотает таблетку, из его рта идёт пена, и он умирает, но возможно, что цианид служил важным соединением при создании молекул, необходимых для зарождения жизни", - объясняет доктор Карен Смит, старший научный сотрудник из Университета Бойсе.

Предположительно цианид - атом углерода, связанный с атомом азота, - имел решающее значение для возникновения жизни, поскольку он участвует в небиологическом синтезе органических соединений, таких как аминокислоты и нуклеиновые основания, которые являются строительными блоками белков и нуклеиновых кислот, используемых всеми известными формами жизни.

Смит является главным автором статьи об этом исследовании, опубликованной 25 июня в журнале Nature Communications ("Природные взаимосвязи"). Карен Смит вместе с соавтором статьи, доцентом Университета Бойсе Майком Каллаханом, разработала новые аналитические методы для выявления и изучения древних следов цианида в метеоритах.

Они обнаружили, что метеориты, содержащие цианид, принадлежат к группе богатых углеродом метеоритов, называемых CM-хондритами. Другие типы изученных метеоритов, включая марсианский метеорит, не содержали цианида.

"Данные, полученные космическим аппаратом OSIRIS-REx на астероиде Бенну, указывают на то, что он связан с СМ-хондритами", - говорит соавтор исследования Джейсон Дворкин из Центра космических полетов им. Годдарда. - OSIRIS-REx должен доставить образец с Бенну для изучения на Землю в 2023 году. Мы будем искать эти самые соединения, чтобы выявить связь Бенну с известными метеоритами и понять, каким образом были доставлены на Землю пребиотические соединения, такие как цианид, которые, возможно, дали старт зарождению жизни на ранней Земле или других телах в Солнечной системе".

Цианид находили в метеоритах и ранее. Однако в ходе новых исследований Смит и Каллахан с удивлением обнаружили, что цианид, наряду с монооксидом углерода (CO), в метеоритах был связан с железом, образовав стабильные соединения.

Они идентифицировали два различных циано-карбонильных комплекса железа в метеоритах с помощью жидкостной хроматографической масс-спектрометрии с высоким разрешением.

"Одним из самых интересных наблюдений в нашем исследовании оказалось то, что эти железистые циано-карбонильные комплексы напоминают части активных групп гидрогеназ и имеют очень чёткую структуру", - сообщил Каллахан.

Гидрогеназы присутствуют почти во всех современных бактериях и археях, и считается, что они имеют древнее происхождение.

Гидрогеназы - это большие белки, но активный центр - область, где происходят химические реакции - оказывается гораздо меньшим металлоорганическим соединением, содержащимся внутри белка, согласно Каллахану. Именно это соединение напоминает цианидосодержащие соединения, которые исследователи обнаружили в метеоритах.

Вечная тайна происхождения жизни заключается в том, каким образом в результате небиологических химических процессов могла возникнуть биологическая жизнь.

Сходство между активными центрами в ферментах гидрогеназы и соединениями цианидов, обнаруженных в метеоритах, позволяет предположить, что небиологические процессы на астероидах-прародителях метеоритов и на древней Земле могли сделать данные молекулы ключевыми для зарождения жизни.

"Связи цианида и окиси углерода с металлами необычны и редко встречаются в ферментах. Исключение составляют гидрогеназы. При сравнении структур этих железистых циано-карбонильных комплексов, содержащихся в метеоритах, с подобными активными центрами в гидрогеназах возникает вопрос, существует ли связь между ними, - добавила Смит. - Вполне возможно, что циано-карбонильные комплексы железа могли быть предшественниками активных центров гидрогеназ и позже, миллиарды лет назад, встроились в первичные белки. Эти комплексы, вероятно, являлись источниками цианида на ранней Земле".