Базальт и тепло: описано возникновение первых биомолекул на Земле
Немецкие ученые установили, как на Земле могли появиться первые биомолекулы. Они воссоздали условия, которые царили на нашей планете четыре миллиарда лет назад, сообщает Nature Chemistry.
У современных организмов ДНК кодирует инструкции по синтезу белков – этот процесс позволяет клеткам функционировать и размножаться. Но остается неизвестным, когда появилась связь между ДНК и белками.
Согласно распространенной гипотезе, первичные живые системы были основаны на самовоспроизводящихся молекулах РНК. Ученые пришли к выводу, что РНК способна не только хранить информацию, но и складываться в сложные структуры, которые, как и белковые комплексы в ДНК, запускают химические реакции в клетках.
«Эти свойства предполагают, что молекулы РНК должны быть способны катализировать репликацию (воспроизведение) других нитей РНК и инициировать самоподдерживающиеся эволюционные процессы», – отметили авторы научной работы.
Ученые предположили, что первые функциональные биомолекулы появились именно благодаря РНК. Но для этого требовались особые условия: относительно высокая концентрация двузарядных ионов магния и минимальная концентрация однозарядного натрия.
Эксперименты показали, что нужный баланс мог быть достигнут при сочетании базальтовых пород и простых конвекционных потоков. Геологи впервые синтезировали базальтовое стекло. В природе этот материал возникает при быстром охлаждении базальта, например, при столкновении с океанской волной. Затем они проанализировали количество натрия и магния в образцах.
Сначала ученым не удалось добиться успеха. Но все изменилось, когда они добавили в модель тепловые потоки. Они могли возникать на ранней Земле из-за высокой геологической активности.
Оказалось, что в узких порах и трещинах базальтовых пород нагрев не только создает конвективные потоки, но и заставляет ионы двигаться против направления тока (это явление известно как термоферез). В таких условиях возникает избыток магния, необходимый для самовоспроизведения РНК.
Ранее сообщалось, что жизнь на Земле могла возникнуть благодаря ударам молний. Они высвободили необходимый для этого фосфор.