Фосфор для первых живых клеток мог прилететь из космоса

Фосфор в доступной для первых живых существ форме мог быть принесён на Землю метеоритами и кометами.

Фото Global Look Press.

Чтобы обнаружить среди продуктов реакции фосфорные кислоты, учёным пришлось воспользоваться сложными методами.

Фото University of Hawaii at Manoa.

Учёные давно бьются над вопросом, откуда на древней Земле взялся фосфор в форме, пригодной для зарождающейся жизни. Теперь исследователи нашли механизм, с помощью которого нужные вещества могли образоваться прямо в протопланетном диске.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Ральфом Кайзером (Ralf Kaiser) из Гавайского университета в Маноа.

Фосфор – один из самых важных для живых организмов химических элементов. Он входит в состав ДНК, хранящей наследственную информацию, РНК, осуществляющей синтез белка и выполняющей много других функций, АТФ – универсального источника энергии для клеток, фосфолипидов – строительного материала для клеточных мембран. Список можно продолжать. Жизнь, какой мы её знаем, без фосфора просто немыслима.

Однако в неживой природе Земли этот элемент встречается в основном в виде плохо растворимых в воде и химически инертных фосфатов. Они не годятся на роль источника фосфора для первых живых организмов. Как же в таком случае могла возникнуть жизнь?

Над этим вопросом учёные ломают голову не первый год. Было предложено несколько возможных источников фосфора в удобной для усвоения форме. Команда Кайзера предложила новый интригующий вариант.

Учёные воспроизвели в лаборатории условия протопланетного диска, из которого возникли все тела Солнечной системы. Для этого им понадобился глубокий вакуум, охлаждение вещества до -268 oC и поток электронов, имитирующий космические лучи.

Материалом послужили зёрна из замёрзшего углекислого газа и воды. В холодных протопланетных дисках эти вещества очень распространены. Также в состав этих крупиц материи входил фосфин H3P. Это простое соединение тоже наверняка присутствовало в протопланетном облаке.

Чтобы обнаружить среди продуктов реакции фосфорные кислоты, учёным пришлось воспользоваться сложными методами.

Учёные обнаружили, что в этих условиях образуются кислородосодержащие кислоты (оксокислоты) на основе фосфора. В их числе фосфорная кислота H3PO4, фосфоновая кислота H3PO3 и пирофосфорную кислоту H4P2O7. В течение первого миллиарда лет существования Земли они могли быть доставлены на планету метеоритами и кометами. Там, вступив в химические реакции, они образовали бы такие растворимые и пригодные для усвоения жизнью формы фосфора, как фосфиты HPO32- и пирофосфаты P2O74-.

"На Земле фосфин смертелен для живых существ, – объясняет первый автор статьи Эндрю Тёрнер (Andrew Turner), также из Гавайского университета в Маноа. – Но в межзвёздной среде экзотическая химия фосфина может способствовать возникновению редких путей для химических реакций и инициировать образование биорелевантных молекул, таких как оксокислоты фосфора, которые в конечном итоге могли вызвать молекулярную эволюцию жизни, какой мы её знаем".

Заметим, однако, что предложенный авторами вариант обогащения "предбиосферы" фосфором отнюдь не единственный. Кратко опишем некоторые другие сценарии. Подробнее о них можно прочесть в замечательной книге Михаила Никитина "Происхождение жизни: от туманности до клетки".

Так, некоторые метеориты содержат фосфид железа Fe3P. При попадании в воду это вещество постепенно разлагается, причём до 50% фосфора переходит в фосфиты и ещё до 5% – в пирофосфаты.

Другим источником этого важного элемента могли быть вулканы. Газы некоторых "огнедышащих гор" содержат заметное количество оксидов фосфора P4O10, PO2 и P4O6. При растворении их в воде также образуются фосфиты и пирофосфаты. Фосфиты содержатся также в воде некоторых геотермальных источников и вулканических грязевых котлов (а именно там, по мнению многих экспертов, зародилась жизнь).

Вряд ли мы когда-нибудь узнаем, какой механизм или механизмы в действительности сработал на юной Земле. Но чем больше реалистичных вариантов предлагают эксперты, тем больше возникновение жизни превращается из покрытой мраком тайны в изученный и доступный пониманию процесс.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о других "кирпичиках жизни", попавших на Землю с метеоритами, а также протопланетных дисках в качестве "фабрик органики" и о том, как радиация могла помочь синтезу первой ДНК.