Ученые СПбГУ впервые обнаружили природные циклофосфаты — возможные предшественники фосфорсодержащих молекул, которые участвовали в формировании первичной жизни на Земле. Циклофосфаты могли образоваться в очагах геотермальной активности и во время метеоритных бомбардировок Земли миллиарды лет назад.
Микрофотография минерала, обнаруженного в бассейне Мертвого моря.
Желто-зеленый агрегат — циклофосфат, красный — гематит (оксид железа).
© Britvin et al / Geology, 2020
Фосфор — один из важнейших химических элементов, из которых строятся живые организмы: он входит в состав РНК, ДНК, клеточных мембран. Поэтому для образования первичной жизни на ранних стадиях эволюции Земли были необходимы соединения фосфора, способные участвовать в химических процессах и растворяться в воде. Это делает возможным реакции фосфорилирования, в результате которых получаются более сложные молекулы. Однако фосфор в природе встречается лишь в составе достаточно инертных минералов класса фосфатов, а потому маловероятно, что они являются источником фосфора для синтеза пребиотических молекул — предшественников первых живых организмов. Для ученых пока остается загадкой, какие соединения фосфора способствовали появлению строительных блоков таких молекул, как РНК и ДНК.
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета обнаружили в горных породах бассейна Мертвого моря циклофосфаты — химически активные фосфорсодержащие соединения. Они широко используются в промышленности, но никогда ранее не встречались в природе. При разрушении их химической структуры (разрыве кольца) выделяется энергия, способная инициировать синтез фосфорорганических соединений. Поэтому циклофосфаты считаются главными кандидатами на роль фосфорсодержащего агента для образования молекул, из которых формировалась первичная жизнь миллиарды лет назад.
Авторы исследования предполагают, что циклофосфаты могли образоваться в результате высокотемпературного окисления фосфидов — соединений фосфора, не содержащих кислород. Фосфиды встречаются на Земле в очагах геотермальной активности, в том числе в бассейне Мертвого моря, где происходили высокотемпературные геологические процессы. Также циклофосфаты могли образоваться при метеоритной бомбардировке ранней Земли. Любое космическое тело при попадании в атмосферу подвергается интенсивной абляции — высокотемпературному испарению и окислению вещества. Ученые предполагают, что фосфиды, присутствовавшие в метеорите и подвергшиеся этому процессу, полностью окисляются, а потому возможно образование циклофосфатов.
«Редкость фосфидов в современной литосфере не означает, что они не были распространены на Земле ранее, так как геохимическая среда миллиарды лет назад значительно отличалась от сегодняшней. Со временем атмосфера Земли все больше насыщалась кислородом, и окисление в новой среде могло привести к образованию циклофосфатов», — рассказывает Сергей Бритвин, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор геолого-минералогических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета.
Таким образом, горные породы окрестностей Мертвого моря можно рассматривать как систему, воспроизводящую образование фосфорсодержащих веществ на ранних стадиях эволюции Земли. Обнаружение природных циклофосфатов приближает ученых к пониманию того, как синтезировались сложные молекулы, которые привели к возникновению жизни на нашей планете.
Исследование, выполненное при поддержке Российского научного фонда.
Статья опубликована в журнале Geology
Источник: Пресс-служба СПбГУ
