|
Как могли образоваться первые биомолекулы
|
|
|
|
Химические предшественники современных биомолекул могли образоваться не только в морских глубинах у гидротермальных источников, но и в теплых водоемах на поверхности Земли. Химические реакции, которые могли происходить в этом «первобытном бульоне», теперь были воспроизведены в экспериментах международной командой под руководством исследователей Йенского университета им. Фридриха Шиллера, Германия. Они даже обнаружили, что одно из азотистых оснований, представляющих код нашего генетического материала, могло происходить с поверхности нашей планеты.
|
|
|
|
Земле около 4,6 миллиардов лет, и она не всегда была местом, гостеприимным для жизни. В первые сто миллионов лет атмосфера нашей планеты состояла в основном из азота, двуокиси углерода, метана, сероводорода и цианистого водорода, также известного как синильная кислота. Свободного кислорода не существовало. В этих условиях устойчив сульфид железа, который под действием кислорода превращается в оксид железа. Однако на поверхности сульфида железа могут протекать биологически важные реакции, подобные тем, которые происходят в некоторых ферментах на основе железа и серы, таких как нитрогеназы и гидрогеназы.
|
|
|
«Мы задались вопросом: что происходит, когда сульфид железа в этой первозданной атмосфере вступает в контакт с синильной кислотой?» объясняет профессор Вольфганг Вейганд из Института неорганической и аналитической химии Йенского университета. «Нам помогло то, что мы случайно открыли особо реакционноспособную форму сульфида железа в успешном сотрудничестве с моим коллегой профессором Кристианом Роблом. Эта форма уже была открыта дважды в истории, и каждый раз о ней снова забывали: однажды в 1700 году и снова в 1920-х годах. Так сказать, два докторанта того времени, Роберт Болни и Марио Грош, открыли его в третий раз», — добавляет он.
|
|
|
|
Два химика наблюдали в лаборатории, что при перемешивании железного порошка с серой в воде и небольшом нагревании через определенное время во взрывной реакции образуется сульфид железа в виде макинавита. Этот минерал послужил катализатором в эксперименте «первичный бульон». Таким образом могла быть создана буква генетического кода. «Мы добавили цианид калия, фосфорную кислоту и воду к сульфиду железа в атмосфере азота и нагрели смесь до 80 градусов Цельсия. Фосфорная кислота превращает цианид калия в синильную кислоту. Затем мы взяли пробы газа из атмосферы соответствующих сосудов. и проанализировал их», — объясняет Вейганд. Исследователи обнаружили вещества, которые могли служить химическими предшественниками современных биомолекул.
|
|
|
|
В журнале ChemSystemsChem команда подтверждает, среди прочего, открытие тиолов, которые встречаются в виде липидов в клеточных мембранах, а также ацетальдегида, необходимого в качестве предшественника для строительных блоков ДНК (называемых нуклеозидами). «Было особенно интересно, что в этих мягких условиях мы даже смогли обнаружить аденин, азотистое основание, которое является одной из пяти букв генетического кода», — говорит Вейганд. С помощью изотопной маркировки команда смогла доказать, что цианид действительно обеспечивает углерод для молекул, которые они обнаружили. Вейганд поясняет: «В этом эксперименте цианид калия не содержал изотопа углерода-12, на который приходится 98,9% углерода, встречающегося в природе в окружающей среде. Вместо этого это был более тяжелый и стабильный изотоп углерода. -13. Именно этот изотоп мы нашли в продуктах реакции. Таким образом, мы смогли однозначно доказать, что атомы углерода в найденных нами молекулах действительно произошли от меченого изотопом цианида калия».
|
|
|
|
Вейганд особенно благодарен за сотрудничество всей международной команде: «Для такой работы действительно нужны воображение и терпение», — говорит он. «И Роберт Болни и Марио Грош доказали это. Сотрудничество с нашими коллегами из Калифорнийского университета в Ирвине и LMU в Мюнхене также было образцовым». Примером важности воображения и особенно терпения в науке является сам Вольфганг Вейганд. Потому что в 2003 году он получил Тюрингенскую исследовательскую премию вместе с профессором Гюнтером Крайзелем из Йенского университета и доктором Вилли Брандом из Йенского института биогеохимии им. Макса Планка за статью «Возможное пребиотическое образование аммиака из молекулярного азота на сульфиде железа». поверхности». Теперь — почти 20 лет спустя — Вейганду также удалось показать, что первые соединения углерода, из которых позже выросла жизнь, могли образоваться в этих условиях из цианида на поверхности Земли.
|
|
|
|
Источник
|
