|
Биомолекулы уточнят теорию о происхождении жизни
|
|
|
|
Совместная исследовательская группа добилась значительного прогресса в изучении абиотического синтеза и стабильности биомолекул в C-H-O-N жидкостях в условиях глубокого залегания Земли. Это исследование позволяет по-новому взглянуть на возможные места зарождения жизни. Результаты были опубликованы в журнале Американского химического общества, а команда ученых под руководством профессора Дж. Дин Пан, доцент физического и химического факультетов Гонконгского университета науки и технологии (HKUST).
|
|
|
|
Происхождение жизни - фундаментальный научный вопрос, который долгое время интересовал исследователей, и было предложено множество теорий, но ни одна из них полностью не объясняла его. Идея Дарвина о зарождении жизни в "маленьком теплом пруду" развилась в теорию "первичного бульона", предложенную Александром Опариным и Дж. Б. С. Холдейном в 1920-х годах, предполагающую, что небольшие неорганические молекулы на ранней Земле образовали первые органические соединения, которые в результате дальнейших преобразований дали начало более сложным органическим полимерам и, в конечном счете, жизнь.
|
|
|
|
Знаменитый эксперимент Миллера-Юри, проведенный в 1953 году, подтвердил эту гипотезу, смоделировав воздействие молнии на атмосферу первобытной Земли. Хотя глубоководные гидротермальные источники считаются потенциальными местами зарождения жизни из-за их экстремальных давлений и температур, некоторые исследования показывают, что высокие температуры могут быстро разрушать ключевые биомолекулы в водных растворах, влияя на возникновение жизни.
|
|
|
|
|
|
|
Профессор Команда Пэна исследовала более глубокие слои ранней Земли как потенциальное место зарождения жизни. Они использовали эффективное моделирование молекулярной динамики на основе первых принципов (более 2,5 нс) в сочетании с расчетами свободной энергии для изучения химических реакций C-H-O-N флюидов (NH3, H2O, H2 и CO) в мантийных условиях (10-13 ГПа, 1000-1400 К).
|
|
|
|
Результаты показали, что в отсутствие катализаторов в сверхкритических жидкостях образуются сотни органических соединений, причем давление и температура существенно влияют на состав соединений CN. Расчеты свободной энергии показали, что условия 10 ГПа и 1400 К были наиболее благоприятными для образования и стабильности связей C-N, что свидетельствует о том, что молекулы, связанные с жизнью, такие как глицин, рибоза, мочевина и урацилподобные, могут быть получены в жидкостях C-H-O-N.
|
|
|
|
"Вопреки предыдущему мнению о том, что крупные органические молекулы могут быстро распадаться в водных растворах в экстремальных условиях, наше исследование показывает, что эти синтезированные биомолекулы могут стабильно существовать в жидкостях C-H-O-N, потенциально обеспечивая необходимые исходные компоненты для ранних стадий зарождения жизни", - пояснил профессор Пан.
|
|
|
|
Важным вопросом при образовании РНК является то, почему рибоза, фундаментальная структурная единица, преимущественно имеет пятичленную кольцевую форму, несмотря на то, что рибоза с шестичленным кольцом чаще встречается в водных растворах. Это исследование показало, что при высокой температуре и давлении пятичленная кольцевая рибоза более стабильна, что позволяет предположить, что сборка РНК произошла из этой формы, созданной глубоко под землей.
|
|
|
|
Эти молекулы рибозы могли быть перенесены на поверхность во время ранней геологической активности, соединяясь с другими компонентами, образуя раннюю РНК и инициируя эволюцию жизни. Кроме того, в недрах Земли существует защитная среда от вредного излучения и резких физико-химических изменений, что способствует сохранению этих биомолекул.
|
|
|
|
Это исследование подтверждает теорию "первичного бульона", раскрывая потенциальные пути синтеза молекул, связанных с жизнью, в недрах Земли. Результаты этого исследования также дают представление о синтезе органических молекул в межзвездном пространстве.
|
|
|
|
Источник
|
