Рибоза могла помочь сохранить связанную с бором химию жизни

Сахар, обнаруженный в метеоритах, мог играть двойную роль в химических процессах, предшествовавших возникновению жизни на Земле, сообщает Nautilus, ссылаясь на исследование, опубликованное в Scientific Reports.

В исследовании рассматривается рибоза — хрупкий сахар, входящий в состав РНК. РНК важна для живых организмов, поскольку помогает хранить и использовать генетическую информацию, и многие учёные считают, что она участвовала в самых ранних этапах возникновения жизни. Проблема в том, что рибоза легко разрушается, особенно при нагревании, поэтому трудно объяснить, как достаточное её количество могло сохраниться в суровых условиях молодой Земли.

Исследование предполагает, что рибоза могла сама помочь решить эту проблему. Когда рибоза взаимодействует с боратом — соединением, содержащим бор, кислород и водород, — борат может защищать сахар от химического разложения. Новые результаты показывают, что эта взаимосвязь работала и в обратную сторону: рибоза способствовала растворению боратных минералов, оставляя больше бора в окружающей воде.

Хрупкий ингредиент древней химической смеси

Учёные, изучающие происхождение жизни, часто воссоздают в лаборатории возможные реакции на ранней Земле. Такие эксперименты позволяют понять, как ведут себя отдельные химические вещества, однако очищенные ингредиенты и тщательно контролируемые условия могут не отражать сложных взаимодействий, происходивших в естественной среде.

Поэтому исследователи использовали настоящие минералы, в том числе боратовые корки, собранные в горячих источниках Пуги в индийских Гималаях. В этом месте достаточно бора, чтобы отложения боратовых солей хрустели под ногами посетителей. И всё же даже эти необычно богатые бором воды содержат лишь небольшую долю той концентрации, которая использовалась в некоторых лабораторных экспериментах.

Эта разница важна, поскольку минералы, содержащие бор, обычно плохо растворяются. Значительная часть элемента становится частью твёрдых кристаллов, а не остаётся в воде, где могла бы участвовать в реакциях. В описанных Nautilus экспериментах выяснилось, что рибоза может препятствовать образованию таких твёрдых зёрен и способствовать растворению боратовых минералов. В результате большее количество бора остаётся в растворе, а растворённый борат помогает сохранять рибозу.

Так возникает возможный замкнутый цикл. Минеральное соединение защищает ключевую органическую молекулу, а эта молекула помогает сохранять минеральное соединение в химически пригодной форме. Такой процесс мог сделать условия более благоприятными для всё более сложных реакций, необходимых до появления биологии.

Метеориты, горячие источники и ранняя Земля

Земля примерно четырёх миллиардов лет назад не была похожа на современную планету. В её атмосфере содержалось мало кислорода, вулканическая активность была сильнее, а на поверхности находились редкие вулканические области и океаны, богатые железом. Метеориты из молодой Солнечной системы также часто падали на сушу, доставляя воду и углеродсодержащие соединения.

Nautilus приводит оценку, согласно которой в этот период ежегодно могло поступать около миллиона тонн углерода. Метеорит Мерчисон, упавший в Виктории в 1969 году, даёт представление о том, какие вещества могли достигать Земли. Учёные обнаружили в нём рибозу и другие сахара, а люди, собиравшие осколки после падения, заметили сильный запах, напоминавший керосин, от содержащего много углерода вещества.

После доставки эти соединения могли накапливаться в местах, где скорость их поступления превышала скорость разрушения. Например, мелкие озёра и водоёмы могли концентрировать вещества по мере испарения воды. Такие условия могли создавать химические смеси, в которых минералы, вода и органические соединения взаимодействовали на протяжении длительного времени.

Исследования происхождения жизни традиционно сосредоточены на том, как минералы могли способствовать усложнению органической химии. Новая работа также переворачивает эту взаимосвязь, задавая вопрос о том, как органические молекулы могли изменять окружающие их минералы.

Химия до появления биологии

Если рибоза и родственные ей соединения способствовали сохранению большего количества бора в растворённом виде, они могли также влиять на то, какие минералы формировались на ранней поверхности Земли. Рибоза, вероятно, встречалась редко, однако этиленгликоль и глицерин тоже могут связываться с боратом. Их влияние на природные минеральные отложения ещё предстоит проверить.

Исследователи предполагают, что последствия могли выходить за пределы химии бора. Углеродсодержащие молекулы способны взаимодействовать с минералами, в состав которых входят более распространённые элементы, включая кремний и кальций. Если это так, то химические смеси, доставленные метеоритами или образовавшиеся на Земле, могли влиять на формирование горных пород и минеральных отложений ещё до появления живых организмов.

Современные организмы заметно меняют геологию, создавая раковины и коралловые структуры в процессе биоминерализации. Исследование допускает, что неживые углеродсодержащие соединения начали влиять на формирование минералов гораздо раньше — в период перехода от геохимии к биологии.

До сих пор неизвестно, изменили ли эти взаимодействия целые ландшафты. Однако их изучение может сделать лабораторные модели происхождения жизни более реалистичными и помочь учёным оценить, какие условия на других мирах способны поддержать возникновение жизни.