Найдена смесь солей, которая могла "запустить" жизнь на Земле

Никого из нас не было бы, если бы живые организмы не зародились миллиарды лет назад. Вопрос о том, как возникла эта искра, продолжает интересовать ученых.

Anthony Young/EyeEm/Getty Images

Новое исследование выявило смесь солей, которые в сочетании с тепловыми потоками расплавленной породы потенциально могли способствовать образованию самовоспроизводящихся биомолекул

Самовоспроизведение — ключевая часть гипотезы «мира РНК»: идея о том, что рибонуклеиновые кислоты (РНК) могут как хранить биологическую информацию, так и выполнять необходимое «сворачивание» структуры, чтобы жизнь могла расти и развиваться в ее нынешнем состоянии.

В новой работе ученые рассмотрели смесь магния (Mg) и натрия (Na), какой она могла быть на Земле в первые годы ее существования: для работы сворачивания РНК необходима относительно высокая концентрация двухзарядных ионов магния и более низкая концентрация однозарядного натрия.

«Соответственно, возникает вопрос о том, какие среды на ранней Земле могли обеспечить подходящие солевые условия для таких пребиотических метаморфоз. Одним из геологически вероятных процессов, которые создают соленую среду, является выщелачивание солей из базальта», — пишет международная группа исследователей в своей статье.

«Как первичный частичный расплав мантии Земли, базальт является одним из наиболее распространенных типов горных пород, которые можно встретить в ранней коре Земли, а также в коре других планет земной группы в нашей Солнечной системе».

Команда синтезировала базальтовое стекло, которое естественным образом встречается на Земле при быстром охлаждении расплавленного базальта (например, при контакте с океанской водой), и провела анализ количества магния и натрия, извлекаемого из стекла при различных температурах и с различными размерами зерен. Результат всегда показал значительно большее содержание натрия, чем магния.

Более того, уровни магния всегда были значительно ниже, чем необходимо для правильного функционирования пребиотической РНК. Исследователи обнаружили, что недостающей частью этого процесса были конвективные потоки тепла.

«Эта ситуация значительно изменилась, когда в нашу модель были добавлены тепловые потоки, которые, скорее всего, присутствовали на Земле из-за высокого уровня геологической активности, ожидаемой для пребиотической среды», — пояснил биофизик Кристоф Маст из Мюнхенского университета Людвига Максимилиана в Германии.

«Мы показали, что сочетание базальтовых пород и простых конвекционных потоков может привести к оптимальному соотношению между ионами Mg и Na в естественных условиях».

Температурные градиенты в узких трещинах и порах базальтового стекла создают конвективные потоки, необходимые для оптимизации солей, а также перемещают больше ионов против тока, создавая так называемый термофорез. Исследование показывает, что вместе конвекция и термофорез увеличивают количество ионов магния в смеси, создавая условия, при которых может возникать самовоспроизводящаяся РНК. Подобные химические реакции могли происходить на Земле 4 миллиарда лет назад.

Исследование также демонстрирует, что вымывание солей из базальта, которое в изобилии содержится в мантии Земли, соответствует шаблону для работы гипотезы о мире РНК. Более того, это расширяет возможности солевых смесей, которые, возможно, помогли зажечь жизнь на нашей планете.