|
Новые модели проливают свет на происхождение жизни
|
|
|
|
Первые признаки жизни появились на Земле в виде микробов около четырех миллиардов лет назад. Хотя ученые до сих пор точно определяют, когда и как появились эти микробы, ясно, что появление жизни неразрывно связано с химическими и физическими характеристиками ранней Земли. «Разумно предположить, что жизнь могла бы начаться по-другому — или вообще не начаться — если бы химические характеристики нашей планеты были другими», — говорит Дастин Трейл, адъюнкт-профессор наук о Земле и окружающей среде в Рочестерском университете. Но какой была Земля миллиарды лет назад и какие характеристики могли способствовать формированию жизни? В статье, опубликованной в журнале Science, Трейл и Томас МакКоллом, научный сотрудник Университета Колорадо в Боулдере, раскрывают ключевую информацию в поисках ответа. Исследование имеет важное значение не только для открытия происхождения жизни, но и для поиска жизни на других планетах.
|
|
|
|
«Сейчас мы переживаем захватывающее время, когда человечество ищет жизнь на других планетах и лунах, а также в других планетарных системах», — говорит Трейл. «Но мы до сих пор не знаем, как — или даже когда на самом деле — жизнь зародилась на нашей собственной планете. Исследования, подобные нашим, помогают определить конкретные условия и химические пути, которые могли способствовать возникновению жизни, работа, которая, несомненно, сыграет важную роль в искать жизнь за пределами нашей планеты».
Роль металлов в возникновении жизни Исследования жизни и ее происхождения обычно включают в себя множество дисциплин, включая геномику, изучение генов и их функций; протеомика, изучение белков; и новая область, называемая металломикой, которая исследует важную роль металлов в выполнении клеточных функций. По мере развития жизни потребность в определенных металлах менялась, но Трейл и МакКоллом хотели определить, какие металлы могли быть доступны, когда микробы впервые появились миллиарды лет назад.
|
|
|
|
|
«Когда выдвигаются гипотезы для различных сценариев происхождения жизни, ученые обычно предполагают, что все металлы были доступны, потому что не было исследований, которые давали бы геологически надежные ограничения на концентрации металлов в флюидах в самые ранние периоды истории Земли», — говорит Трейл. Чтобы устранить этот недостаток, Трейл и МакКоллом изучили состав и характеристики флюидов в литосфере — внешнем слое Земли, включающем кору и верхнюю мантию — миллиарды лет назад. Эти литосферные флюиды являются ключевыми путями для транспортировки растворенных частей горных пород и минералов между недрами Земли и гидротермальными бассейнами на ее внешней стороне, где могла сформироваться микробная жизнь. Хотя исследователи не могут напрямую измерить количество металлов, существовавших миллиарды лет назад, определяя свойства жидкостей, они могут сделать вывод о том, какие металлы и их концентрации могли транспортироваться между внутренней и внешней частями Земли в то время, когда зародилась жизнь. появился на планете.
|
|
|
|
Горные породы и минералы возрастом миллиарды лет часто являются единственными прямыми источниками информации о древнейшей истории Земли. Это потому, что горные породы и минералы хранят информацию о составе Земли в момент их формирования. Исследователи провели эксперименты с высоким давлением и высокой температурой и применили эти результаты к цирконам ранней Земли, надежному типу минералов, собранных на участках в Западной Австралии, для определения давления кислорода, содержания хлора и температуры литосферных флюидов за миллиарды лет. назад. Затем они вводят эту информацию в компьютерные модели. Модели позволили им смоделировать свойства литосферных флюидов и, в свою очередь, смоделировать, какие металлы могли пройти через флюиды, чтобы достичь гидротермальных бассейнов на поверхности Земли.
|
|
|
|
Исследователи были удивлены тем, что показало моделирование. Например, многие исследователи происхождения жизни считают медь вероятным химическим компонентом, который мог привести к возникновению жизни. Но Трейл и Макколлом не нашли доказательств того, что медь была бы в изобилии при ограничениях их анализа. Одним из металлов, который они протестировали, который мог быть доступен в высоких концентрациях, был марганец. Хотя его редко учитывают в сценариях происхождения жизни, сегодня марганец помогает организму формировать кости и помогает ферментам расщеплять углеводы и холестерин. «Наше исследование показывает, что такие металлы, как марганец, могут функционировать как важные связующие звенья между «твердой» Землей и возникающими биологическими системами на поверхности Земли», — говорит Трейл. Трейл говорит, что исследование поможет ученым, изучающим происхождение жизни, вводить более конкретные данные в свои эксперименты и модели. «Эксперименты, разработанные с учетом этой информации, приведут к лучшему пониманию того, как возникла жизнь».
|
|
|
|
Источник
|
