Сотрудники МГУ имени М.В. Ломоносова выявили и проанализировали возможную связь между образованием Луны и возникновением жизни на Земле. Результаты работы опубликованы в журнале Life.
Из-за тектоники плит земной коры геологические свидетельства возникновения жизни фактически отсутствуют. Ученым остается реконструировать обстоятельства ее возникновения по общим для всех живых организмов свойствам. Ранее, применяя подобный подход, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Армен Мулкиджанян, старший научный сотрудник НИИ ФХБ МГУ Дарья Диброва совместно с заведующим кафедрой геохимии геологического факультета МГУ Андреем Бычковым и работающими в США выпускниками МГУ обнаружили, что состав неорганических компонентов клеточного содержимого, сходный у большинства организмов, ближе всего к химии геотермального пара. Они предположили, что первые клетки, — а скорее всего, и жизнь как таковая, — возникли на геотермальных полях, в водоемах, где собирался конденсат пара, выделяемого термальными источниками, окружающими древние вулканы.
Эта концепция, однако, не объясняла, почему самые древние белки, общие для всех клеточных организмов и имевшиеся у их общего предка, используют — из переходных металлов — в качестве помощников (кофакторов) почти исключительно ионы цинка, и не используют ионы железа. Такая избирательность указывала на возникновение первых клеток в среде, чрезвычайно богатой цинком, но обедненной ионами железа. Природа подобной среды оставалась неясной, поскольку железа в земных породах в тысячу раз больше, чем цинка.
Интересно, что лунные породы содержат в сто раз меньше цинка, чем земные. Помимо цинка Луна также обеднена и другими умеренно летучими элементами, такими как калий, натрий и медь. Считается, что образование Луны, вызванное столкновением (импактом) некой малой планеты с прото-Землей, шло внутри горячего пост-импактного диска с исходной температурой более 10000 °С. Потеря Луной летучих элементов объясняется тем, что они все еще были в газообразном состоянии, когда Луна оказалась снаружи «съёжившегося» при остывании диска. Полагают, что по мере его дальнейшего остывания умеренно летучие элементы выпадали на затвердевшую к тому времени земную протокору.
«Расчеты и термодинамическое моделирование, проведенные в нашей работе, показали, что количество выпавшего на затвердевшую земную протокору цинка составляло порядка 1019 кг, цинк, как наиболее летучий металл, должен был выпасть самым последним, сразу после калия, в основном в виде силикатно-цинкового дождя, после остывания пост-импактного диска примерно до 1000°С», — рассказывает соавтор статьи, заведующий кафедрой геохимии геологического факультета МГУ Андрей Бычков.
Затвердевание расплавившейся при образовании Луны земной мантии должно было сопровождаться высвобождением из нее летучих соединений, таких как СО2, вода, азот и сера, стремившихся к поверхности в виде флюида. Прохождение гидротермальных потоков через протокору, богатую металлическим цинком и более радиоактивным тогда калием, способными восстанавливать как СО2, так и азот, должно было приводить к бурному образованию органических соединений. В лежащих под геотермальными полями паровых зонах с температурой 300-400°С сопряженное с окислением металлического цинка флюидом образование органических молекул из СО2 должно было быть термодинамически выгодным. Металлический цинк должен был восстанавливать до металлического состояния и идущие с флюидом ионы железа, окисляясь сам до ионов цинка. Высвобождавшиеся ионы цинка выносились геотермальным паром на поверхность и связывались с первыми биополимерами, образованию которых мог способствовать естественный отбор молекул, способных объединяться в устойчивые к радиации и УФ-излучению Солнца структуры.
«Так что жизнь, скорее всего, возникла в водоемах из геотермального парового конденсата вскоре после образования Луны, т.е. 4.5-4.1 миллиарда лет назад, пока металлический цинк протокоры еще не успел полностью окислиться», — говорит соавтор статьи, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Армен Мулкиджанян.
Таким образом, как зависимость самых древних белков от ионов цинка, так и возникновение жизни на древней Земле могли быть связаны с ее «оцинкованностью», способствовавшей образованию первых биополимеров, но препятствовавшей высвобождению ионов железа. Любопытно, что синонимом «цинкования», хорошо известного водителям и защищающего их «железных коней» от окисления кислородом, является «гальванизация», означающая еще и «оживление».
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
