Изображение предоставлено: Университет Аризоны
Ученые из Университета Аризоны обнаружили, что метеориты, особенно железные метеориты, могли иметь решающее значение для эволюции жизни на Земле.
Их исследования показывают, что метеориты легко могли обеспечить больше фосфора, чем это происходит на Земле, - достаточно фосфора для образования биомолекул, которые в конечном итоге собираются в живые, размножающиеся организмы.
Фосфор занимает центральное место в жизни. Он образует основу ДНК и РНК, потому что соединяет генетические основы этих молекул в длинные цепи. Это жизненно важно для метаболизма, потому что он связан с основным жизненным топливом, аденозинтрифосфатом (АТФ), энергией, которая обеспечивает рост и движение. А фосфор это часть живой архитектуры? именно в фосфолипидах, которые составляют клеточные стенки и в костях позвоночных.
«С точки зрения массы, фосфор является пятым по важности биологическим элементом после углерода, водорода, кислорода и азота», - сказал Мэтью А. Пасек, кандидат в доктора наук в отделе планетарных наук UA и Лунной и Планетарной лаборатории.
Но где земная жизнь получила свой фосфор, остается загадкой, добавил он.
Фосфор встречается в природе значительно реже, чем водород, кислород, углерод и азот.
Пасек цитирует недавние исследования, которые показывают, что на каждые 2,8 миллиона атомов водорода в космосе приходится примерно один атом фосфора, на каждые 49 миллионов атомов водорода в океане и на каждые 203 атома водорода в бактериях. Точно так же, есть один атом фосфора на каждые 1400 атомов кислорода в космосе, каждые 25 миллионов атомов кислорода в океанах и 72 атома кислорода в бактериях. Числа для атомов углерода и атомов азота, соответственно, на один атом фосфора составляют 680 и 230 в космосе, 974 и 633 в океанах и 116 и 15 в бактериях.
«Поскольку фосфор в окружающей среде встречается гораздо реже, чем в жизни, понимание поведения фосфора на ранней Земле дает ключ к истокам жизни», - сказал Пасек.
Наиболее распространенной земной формой элемента является минерал под названием апатит. При смешивании с водой апатит выделяет очень небольшое количество фосфата. Ученые пытались нагреть апатит до высоких температур, сочетая его с различными странными сверхэнергетическими соединениями, даже экспериментируя с соединениями фосфора, неизвестными на Земле. Это исследование не объяснило, откуда берется жизненный фосфор, отметил Пасек.
Пасек начал работать с Данте Лауреттой, доцентом кафедры планетарных наук в УА, над идеей, что метеориты являются источником живого фосфора Земли. Работа была вдохновлена более ранними экспериментами Лоретты, которые показали, что фосфор стал концентрироваться на металлических поверхностях, которые корродировали в ранней солнечной системе.
«Этот естественный механизм концентрации фосфора в присутствии известного органического катализатора (такого как металл на основе железа) заставил меня подумать, что водная коррозия метеоритных минералов может привести к образованию важных фосфорсодержащих биомолекул», - сказала Лоретта.
«У метеоритов есть несколько различных минералов, которые содержат фосфор», - сказал Пасек. «Самым важным, с которым мы работали совсем недавно, является железо-никелевый фосфид, известный как шрайберсит».
Schreibersite - металлическое соединение, которое чрезвычайно редко встречается на Земле. Но он встречается повсеместно в метеоритах, особенно в железных метеоритах, усыпанных зернами шрайберсита или покрытых розоватыми прожилками шрайберсита.
В апреле прошлого года Пасек, студент университета Вирджинии Смит, и Лоретта смешали шриберсит с пресной деионизированной водой комнатной температуры. Затем они проанализировали жидкую смесь, используя ЯМР, ядерный магнитный резонанс.
«Мы видели целый ряд различных соединений фосфора», - сказал Пасек. «Одной из самых интересных из найденных нами была P2-O7 (два атома фосфора с семью атомами кислорода), одна из наиболее биохимически полезных форм фосфата, подобная той, которая обнаружена в АТФ».
Предыдущие эксперименты сформировали P2-07, но при высокой температуре или в других экстремальных условиях, а не путем простого растворения минерала в воде комнатной температуры, сказал Пасек.
«Это позволяет нам несколько ограничить место происхождения жизни», - сказал он. «Если у вас будет жизнь на основе фосфатов, скорее всего, это произошло бы около пресноводного региона, где недавно упал метеорит. Мы можем пойти так далеко, может быть, сказать, что это был железный метеорит. Железные метеориты имеют примерно в 10-100 раз больше шрайберсита, чем другие метеориты.
«Я думаю, что метеориты были критически важны для эволюции жизни из-за некоторых минералов, особенно соединения P2-07, которое используется в АТФ, в фотосинтезе, при образовании новых фосфатных связей с органикой (углеродсодержащие соединения), и в множество других биохимических процессов », - сказал Пасек.
«Я думаю, что одним из самых захватывающих аспектов этого открытия является тот факт, что железные метеориты образуются в процессе планетезимальной дифференциации», - сказала Лоретта. То есть строительные блоки планет, называемые планетесмалями, образуют как металлическое ядро, так и силикатную мантию. Железные метеориты представляют собой металлическое ядро, а другие типы метеоритов, называемые ахондритами, представляют мантию.
«Никто никогда не осознавал, что такая критическая стадия эволюции планеты может быть связана с происхождением жизни», - добавил он. «Этот результат ограничивает то, где, в нашей солнечной системе и других, может возникнуть жизнь. Требуется пояс астероидов, где планетезимали могут вырасти до критического размера? около 500 километров в диаметре? и механизм разрушения этих тел и доставки их во внутреннюю солнечную систему ».
Юпитер управляет доставкой планетезималей в нашу внутреннюю солнечную систему, сказала Лоретта, тем самым ограничивая шансы, что планеты и луны внешней солнечной системы будут снабжаться реактивными формами фосфора, используемыми биомолекулами, необходимыми для земной жизни.
Солнечные системы, в которых отсутствует объект размером с Юпитер, способный возмущать богатые минералами астероиды внутрь земных планет, также имеют слабые перспективы для развития жизни, добавила Лоретта.
Пасек говорит об исследовании сегодня (24 августа) на 228-м Национальном собрании Американского химического общества в Филадельфии. Работа финансируется программой НАСА «Астробиология: экзобиология и эволюционная биология».
Источник: UA News Release
