;
Наука 10 февраля 2022

Цианид мог быть ключевым предшественником жизни на нашей планете

Далее

Ложка углерода, немножко водорода и капля цианида — это может быть фрагментами рецепта «первичного бульона». Да, вы прочитали это правильно. Цианид.

На протяжении истории цианид заслуженно заслужил репутацию чрезвычайно токсичного яда. Его использование в качестве биологического оружия восходит к франко-прусской войне в конце 1800-х годов, вплоть до обеих мировых войн, а некоторые свидетельства подтверждают его роль даже в относительно недавней ирано-иракской войне. Цианид проник даже в поп-культуру — вспомните шпионские фильмы про Джеймса Бонда или «Семнадцать мгновений весны», где героям приходится делать выбор между предательством и смертью.

Но в статье, опубликованной в начале февраля в журнале Nature, группа химиков утверждает, что, хотя цианид уничтожает жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, он мог способствовать ее развитию на Земле около 4 млрд лет назад. Тогда мир выглядел совсем иначе. Кислорода, которым мы дышим, например, еще не существовало.

«Цианид ядовит для той биологии, с которой мы работаем сегодня. Но он может быть не ядовитым, если биология знает, как с ним обращаться», — рассказал Раманараян Кришнамурти, химик из Исследовательского института Скриппса в Калифорнии и ведущий автор исследования.

В лаборатории он и его коллеги-исследователи смешали множество молекул, присутствовавших на Земле в момент ее зарождения, и добавили в эту смесь немного цианида.

По иронии судьбы, опасные вещества помогли синтезировать простейшие компоненты жизни — при умеренных условиях реакции и за относительно небольшое количество шагов. По словам ученых, «все было на удивление просто».

«Наш уникальный механизм представляет собой самую первую демонстрацию такого рода биологического пути к корням жизни — и он намного проще, чем его широко распространенный, нетоксичный аналог, который требует экстремальных условий реакции», — заявил Кришнамурти.

Эксперты долгое время полагали, что элементарный хаос заставляет молекулы взаимодействовать и образовывать сложные соединения, которые затем смешались и превратились в простые организмы. А в конце концов — и в нас.

Что на самом деле произошло 4 млрд лет назад?

Советский биолог Александр Опарин в 1924 году выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон». Одной из важных особенностей этого процесса является восстановительный цикл трикарбоновых кислот, или цикл r-TCA. В этом восьмиступенчатом биологическом процессе белки используются для образования соединений, поддерживающих жизнь. Сегодня он считается необходимым для жизни , поэтому эксперты считают, что он, вероятно, был жизненно необходим для зарождения жизни на Земле.

Но вот проблема: окружающая среда ранней Земли не была идеальной для r-TCA. Когда наша планета была моложе, на ней не было ни кислорода, ни белков, поддерживающих цикл. По распространенному среди ученых мнению, некоторые металлы в принципе могли бы работать, но для этого требовались бы экстремальные условия — например, сверхвысокая температура. По словам Кришнамурти, мало того, что эти условия вряд ли существовали на ранней Земле, они также не позволяют ученым шаг за шагом имитировать древнюю r-TCA в лаборатории. Химикам приходится собирать все вместе, применять условия, ждать и наблюдать.

Хотя такие эксперименты действительно дают соединения r-TCA, трудно доказать, что они действительно произошли из цикла. По сути, неясно, действительно ли r-TCA произошла 4 млрд лет назад.

Пытаясь продемонстрировать альтернативный восстановительный цикл, в результате которого образуются исходные соединения жизни, Кришнамурти провел эксперимент с цианидом вместо проблемных металлов. Примечательно, что он обнаружил, что молекулы следуют тому же пути, что и r-TCA, но с меньшим количеством шагов и в гораздо более мягких условиях.

Кришнамурти заявил, что не стоит сравнивать биологию, существующую сегодня, и биологию, которая была в момент зарождения нашей планеты. Он привел замечательную аналогию:

«Представьте себе, что к вам в Нью-Йорк приехал кто-то из отдаленной деревни, кто умеет строить дома только из кирпича. Он с благоговением смотрел бы на небоскребы и, возможно, спрашивал вас, как могли быть сделаны эти металлические башни. Однако он упускает из виду, что эти небоскребы были построены не из кирпичей и определенно не небольшой группой строителей. Они были сделаны из стали с использованием кранов и огромного оборудования. Так и здесь — сейчас мы смотрим на биологию, как на огромное красивое здание. Но мы не знаем, как оно было построено», — объяснил ученый.


Читать далее

Грибок, заражающий ковидных пациентов «черной плесенью», научился обходить иммунитет

Вероятно, протоны гораздо меньше, чем считалось ранее

Астрономы сфотографировали черную дыру в центре спиральной галактики