http://www.newtonsociety.ru
http://www.newtonsociety.ru
http://www.newtonsociety.ru
ruРус Engen

Новости науки

09.06.2018

Если колыбелью жизни был Марс. Почему это возможно

Если колыбелью жизни был Марс. Почему это возможноЕсли колыбелью жизни был Марс. Почему это возможно

Согласно одной из гипотез, примитивная доклеточная жизнь возникла более четырех миллиардов лет назад на суше среди вулканов и фумарол, которые обеспечивали всю необходимую химию для ее сохранения и питания. Это могло произойти как на Земле, так и на Марсе.

Живая клетка представляет собой очень сложный организм, объединяющий множество элементов, механизмов и процессов. Как она образовалась, неизвестно. Одни ученые пытаются синтезировать клетку целиком, другие идут от простого к сложному, выясняя, как сформировались ее составные части по отдельности и затем в течение миллиардов лет эволюционировали.

Долгое время считалось, что жизнь зародилась в океанах, но в последнее время эта точка зрения критикуется. Хотя вода входит в состав клетки, для самопроизвольного синтеза биомолекул она вредна. Кроме того, нет никаких доказательств, что на поверхности планеты более четырех миллиардов лет назад, когда, предположительно, стартовал процесс зарождения жизни, существовали моря и океаны.

Химия РНК-мира

На роль протожизни претендуют молекулы рибонуклеиновой кислоты, РНК. Они способны хранить информацию, воспроизводиться, синтезировать белки и выполнять самостоятельно множество различных функций, которые в современной клетке переняли ДНК, ферменты и другие биологические молекулы.

Молекулы РНК состоят из чередующихся нуклеотидов, связанных кислородными мостиками. Ученые давно пытались воссоздать звенья полимерной цепи этой сложной молекулы, но прорыв произошел только в 2009 году, когда британские исследователи Мэтью Поунер (Matthew Powner) и Джон Сазерленд (John Sutherland) обнародовали результаты экспериментов по синтезу двух РНК-нуклеотидов — цитозина и урацила. Их удалось получить в лабораторных условиях из простой органики и фосфата после облучения ультрафиолетом. 

"Они синтезировали два природных нуклеотида целиком. Это был грандиозный прорыв", — рассказывает РИА Новости Армен Мулкиджанян, доктор биологических наук, сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ имени М. В. Ломоносова, сотрудник физического факультета Оснабрюкского университета (Германия).

Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (рибозы) и фосфатных групп, при присоединении которых запасается энергия. Как получить смеси сложных сахаров из органики, показал Александр Бутлеров аж в 1859 году. Спустя полтора века американский химик Стивен Беннер (Steven Benner) выяснил: для того чтобы в этой реакции избирательно образовывалась именно рибоза, в качестве катализатора нужен оксид молибдена. Кроме того, для стабилизации образующихся сахаров необходимо много боратов — солей борной кислоты. Беннер предположил, что такие химические условия могли существовать где-то в пустынях, например, на сухих возвышенностях Марса, сложенных базальтами.

"Действительно ранние Марс и Земля были очень похожи. Марс, возможно, располагал даже более окисленной атмосферой, чем древняя Земля, там нашли отложения боратов, что свидетельствует о давней геотермальной активности. Половина территории Марса сложена породами старше четырех миллиардов лет, так что искать там следы жизни имеет смысл. На Земле из-за тектоники плит горные породы такого возраста не сохранились", — объясняет Мулкиджанян.

Без света нет жизни

Специалист по энергетике клетки Армен Мулкиджанян давно занимается проблемой происхождения жизни, у которой в советской и российской науке почтенные традиции. Достаточно сказать, что академик Александр Опарин во всем мире считается отцом-основателем этого научного направления.

Мулкиджанян с коллегами предположили, что ультрафиолетовый свет мог стать ключевым фактором отбора первых биомолекул. Древняя атмосфера не содержала ни кислорода, ни озона. В ней сохранялись те биомолекулы, которые могли на первых порах просто нагреваться солнечными лучами, не распадаясь. Об этом свидетельствует то, что все природные азотистые основания РНК обладают данным свойством. А вот жесткое космическое излучение живые протоорганизмы вряд ли выдержали бы, полагает биолог. Значит, об их доставке метеоритами с Марса на Землю не может быть и речи.

Для зарождения жизни подходят геотермальные поля, образующиеся вокруг вулканов. Вместо воды, как в гейзерах, тут из горячих источников вырывается пар, насыщенный всеми необходимыми компонентами. В нем есть углекислый газ, водород, аммиак, сульфиды, фосфаты, молибден, бораты, калий — причем его больше, чем натрия. Калий преобладает и в клетках всех организмов, потому что иначе невозможен биосинтез белка. Как показал Мулкиджанян с коллегами, калий необходим для функционирования самых древних белков. Их удалось вычислить в 2000-м биоинформатику Евгению Кунину при реконструкции общего предка всех клеточных организмов — LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).

Белки, которые кодируют гены LUCA, также используют ионы цинка в качестве катализаторов или структурных элементов.

"Сульфиды цинка умеют образовывать все бактерии. Интересно, что кристаллы сульфида цинка и похожего на него сульфида кадмия способны под ультрафиолетом восстанавливать углекислоту до органических, потенциально "съедобных" молекул. Поэтому первые живые организмы могли покрывать себя кристаллами этих минералов, чтобы защищаться от ультрафиолета и получать пищу", — поясняет ученый.

Цинк летучий, медленно кристаллизуется и осаждается, в отличие от железа и меди, на периферии геотермальных полей, где не жарко.

"На прохладной периферии таких полей могли образовываться "кольца жизни" вокруг горячих термальных источников", — заключает исследователь.

Геотермальные поля существуют на Земле до сих пор — в отличие от Марса, недра которого остыли. Армен Мулкиджанян вместе с геохимиком Андреем Бычковым из МГУ имени Ломоносова изучили химические условия фумарол у Мутновского вулкана на Камчатке. Сходные условия наблюдаются в Йеллоустонском национальном парке в США, на геотермальных полях Лардарелло в Италии и Матсукава в Японии.

Недавно следы геотермального поля возрастом 3,5 миллиарда лет обнаружили в районе Пилбара в Австралии — там же, где найдены древнейшие на Земле следы живых сообществ.

Источник


Вы можете комментировать материалы, если зарегистрируетесь на сайте!
Запомнить

На сайте:

Интернет-журнал Ньютоновские чтения
14.05.2018
Лялин Алексей Васильевич
27.12.2017
Владислав Черепенников
Новости наукиПолитикаСолнечная система
Поиск по сайту
Карта сайта
Последнее обновление
19.10.2018 12:43