Новости химической науки > Карта реакций позволяет найти истоки жизни

Химики из Великобритании построили карту химических реакций, позволяющих сделать вывод, что практически каждый исследователь, изучающий происхождение жизни на Земле ошибается и в то же самое время прав.

Проблемой «курицы и яйца» химической эволюции оставался вопрос о том, какие биологически активные молекулы появились в первую очередь. Тем не менее результаты работы Джона Сазерленда (John Sutherland) из Кембриджа позволяют предположить, что различные типы веществ, ставших основой для жизни, могли появиться одновременно [1].

Исследователи из группы Сазерленда построили диаграммы образования простейших углеводов, аминокислот и глицерина, которые, соответственно, являются топливом для метаболизма, строительными блоками для формирования белков и рибонуклеиновых кислот, а также жиров для формирования клеточных мембран. Построенные диаграммы показывают, как эти вещества могли образоваться на Земле только из циановодорода, сульфида водорода в условиях ультрафиолетового излучения Солнца.

Исследователи уверены, что построенные ими диаграммы могут объяснить относительное быстрое появление химических веществ, выступивших в качестве строительных блоков живых систем. (Рисунок из Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2202)

Сазерленд отмечает, что в настоящее время ведутся интенсивные дебаты на тему того, что же могло образоваться в первую очередь – РНК, клеточные мембраны или углеводный метаболизм. В 2009 году исследователи из группы Сазерленда получили рибонуклеотиды, исходя из производных циановодорода, однако тогда так и не смогли высказать предположение о том, как могли образоваться эти производные [2]. Ответ на этот вопрос было решено искать в изучении адских условий на Земле, в которых могли протекать эти первичные реакции. Первые биологически активные вещества образовывались в условиях непрерывной метеоритной бомбардировки, и цианиды могли образоваться в результате реакции углерода метеоритов с азотом атмосферы. Еще одним важным компонентом метеоритов, сыгравшим роль в возникновении жизни, мог являться сульфид железа.

Сазерленд поясняет, что выделение большого количества циановодорода могло привести к образованию значительных количеств сульфида водорода – сульфидные руды металлов часто растворяются в цианидсодержащих растворах. В 2013 году Сазерленд и Дугал Ритсон (Dougal Ritson) продемонстрировали, что сероводород и циановодород, взаимодействуя друг с другом, могли образовать углеводы [3].

К настоящему моменту химики показали, что в жестких условиях примордиальной Земли могло образоваться 50 различных молекул. В новой работе список из ранее синтезированных молекул, включавших цитидин-, уридинрибонуклеотид и малые углеводы, пополнился глицерином и еще 11 аминокислотами. Выход многих продуктов составляет 40-70%, что значительно превышает выходы аминокислот в 1%, полученные в каноническом эксперименте Юри-Миллера.

Сазерленд полагает, что такая эффективность может быть связана с постепенной подачей реагентов в систему, а не разовым их смешением. Исследователи предполагают, что в условиях примордиальной Земли такое поэтапное введение реагентов могло быть обусловлено водными потоками и градиентом концентраций.

Специалист по биохимии из Университетского Колледжа Лондона Ник Лейн (Nick Lane) высоко оценивает результаты работы Сазерленда, однако заявляет, что приведенные в ней результаты пока не могут претендовать на гипотезу, полностью замещающую существующие гипотезы химической эволюции, так как в пользу выводов Сазерленда существует еще недостаточное количество геологических свидетельств.

Источники: [1] Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2202; [2] Nature, 2009, 459, 239 (DOI: 10.1038/nature08013); [3] Angew. Chem., Int. Ed., 2013, 52, 5845 (DOI: 10.1002/anie.201300321)

метки статьи: #биохимия, #геохимия, #космохимия, #химическая эволюция