Долгое время было неизвестно, как эти молекулы могли накапливаться в агрессивных условиях ранней Земли. Новое исследование, только что опубликовано в журнале SAGE, указывает на роль одного из распространенных минералов. Именно он мог существенно изменить ход химической эволюции.

Смотрите также Все живое имеет общего предка, но его гены еще старше: как это вообще возможно

Какое вещество стало архитектором первых шагов биологической эволюции?

Современная биология рассматривает РНК как центральное звено, что организовывала первобытные жизненные системы до появления сложных механизмов на основе белков и ДНК. Рибоза играет критическую роль в этой структуре, соединяя азотистые основания с фосфатным скелетом молекулы. Однако воспроизведение процесса ее возникновения в лабораторных условиях сталкивается с серьезным препятствием: рибоза является крайне нестабильным и реактивным соединением.

Хотя она может образовываться из формальдегида во время так называемой реакции формозы, в сильной щелочной среде этот сахар обычно разрушается почти сразу после своего возникновения. Это заставляло многих исследователей сомневаться, что именно рибоза была первым строительным блоком жизни.

В чем заключался эксперимент

Группа исследователей во главе с Юной Такахаши провела серию экспериментов, чтобы выяснить, как присутствие бора влияет на жизнеспособность рибозы. Ученые имитировали условия ранней Земли, добавляя формальдегид и гликоальдегид в горячую воду с температурой 45 градусов Цельсия и поддерживая щелочной уровень pH около 12.

В ходе исследования использовались различные концентрации бората – растворенного иона оксида бора, который способен образовывать комплексы с сахарами.

Результаты

Результаты анализов показали интересную закономерность: хотя бор несколько ограничивает максимальное количество рибозы, образующейся в начале реакции, он радикально замедляет процесс ее дальнейшего распада.

В экспериментах без добавления бора концентрация рибозы стремительно падала, тогда как в среде с высоким содержанием этого вещества через 72 часа оставалось примерно в шесть раз больше сахара.

Стабилизирующий эффект бора объясняется его способностью связываться с молекулами сахара в их кольцевых формах, что защищает их от разрушительных химических превращений в щелочной среде. Кроме того, бор препятствует распаду промежуточных соединений, таких как разветвленные пентозы, что также способствует длительному сохранению необходимых для жизни компонентов.

Что говорит геология?

Геологические данные подтверждают, что такие условия вполне могли существовать на планете миллиарды лет назад. Бор является элементом, который обычно накапливается в породах континентальной коры, а не в мантии или океаническом дне.

Хотя крупные материки сформировались позже, исследования кристаллов циркона возрастом 4.4 миллиарда лет указывают на наличие определенных массивов суши уже на ранних этапах существования планеты. В Гренландии в метаосадочных породах возрастом около 3.8 миллиарда лет были найдены минералы, содержащие бор, в частности турмалин.

Это свидетельствует о существовании закрытых бассейнов или лагун, где вода могла насыщаться бором из-за гидротермальной активности.

Смотрите также В центре Млечного Пути нашли необычное органическое соединение: почему это важно для поиска жизни

Древние лаборатории жизни

Поэтому такие богатые бором локации могли служить природными лабораториями. Формальдегид и гликоальдегид, образующиеся в атмосфере под воздействием света, растворялись в океанической воде и могли накапливаться в подобных бассейнах.

Кроме стабилизации рибозы, бор играл и другие важные роли: он способствовал синтезу рибонуклеозидов, помогал присоединять фосфатные группы и даже стимулировал формирование коротких белковых цепочек из аминокислот.

Таким образом, минеральное богатство первых протоконтинентов создало уникальный фундамент для возникновения и взаимодействия первых функциональных биополимеров, что в конечном итоге привело к появлению жизни.