Процесс, который мог привести к появлению первых органических молекул

Новое исследование, проведенное Американским музеем естественной истории и финансируемое НАСА, определяет процесс, который мог сыграть ключевую роль в производстве первых органических молекул на Земле около 4 миллиардов лет назад, до зарождения жизни. Процесс, аналогичный тому, что мог происходить в некоторых древних подводных гидротермальных источниках, также может иметь отношение к поискам жизни в других частях Вселенной. Подробности исследования опубликованы на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Вся жизнь на Земле построена из органических молекул - соединений, состоящих из атомов углерода, связанных с атомами других элементов, таких как водород, азот и кислород. В современной жизни большинство этих органических молекул образуются в результате восстановления углекислого газа (CO2) посредством нескольких путей «фиксации углерода» (таких как фотосинтез в растениях). Но большинство этих путей либо требует энергии от клетки, чтобы работать, либо считалось, что они появились относительно поздно.

Так как же возникли первые органические молекулы до зарождения жизни?

Чтобы решить этот вопрос, научный сотрудник музея Герстнера Виктор Соджо и Рубен Хадсон из Атлантического колледжа в штате Мэн разработали новую установку, основанную на микро жидкостных реакторах, крошечных автономных лабораториях, которые позволяют ученым изучать поведение жидкостей - и в данном случае, газы - в микро масштабе. Предыдущие версии реактора пытались смешать пузырьки газообразного водорода и CO2 в жидкости, но восстановления не происходило, возможно, потому, что легколетучий газообразный водород улетучился, прежде чем он успел прореагировать. Решение было найдено в ходе обсуждений между Соджо и Хадсоном, которые делили лабораторный стол в Центре устойчивых исследований ресурсов RIKEN в Сайтаме, Япония. Последний реактор был построен в лаборатории Хадсона в штате Мэн. «Вместо того, чтобы барботировать газы внутри жидкостей перед реакцией, главное новшество нового реактора состоит в том, что жидкости приводятся в движение самими газами, поэтому у них очень мало шансов на выход», - сказал Хадсон. Исследователи использовали свой дизайн для объединения водорода с CO2 с образованием органической молекулы, называемой муравьиной кислотой (HCOOH). Этот синтетический процесс напоминает единственный известный путь фиксации СО2, который в целом не требует подачи энергии, называемый путем Вуда-Люнгдаля ацетил-КоА. В свою очередь, этот процесс напоминает реакции, которые могли иметь место в древних океанических гидротермальных источниках. Исследователи превратили CO2 в органические молекулы в относительно мягких условиях, что означает, что результаты могут иметь отношение и к химии окружающей среды. Перед лицом продолжающегося климатического кризиса продолжается поиск новых методов сокращения выбросов CO2. "Результаты этой статьи затрагивают несколько тем: от понимания происхождения метаболизма до геохимии, лежащей в основе круговоротов водорода и углерода на Земле, а также до приложений зеленой химии, где биогеографические исследования могут способствовать продвижению химических веществ, реакции в мягких условиях", - добавил Шон Э. МакГлинн, также автор исследования из Токийского технологического института. Среди других авторов этого исследования - Руван де Грааф и Мари Странду Родин из Атлантического колледжа, Айя Оно из Центра устойчивых ресурсных исследований RIKEN в Японии, Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона, Йоичи М.А. Ямада из RIKEN, Рюхей Накамура из RIKEN и Токийский технологический институт, и Дитер Браун из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене. Эта работа была частично поддержана Консорциумом космических грантов НАСА в штате Мэн (SG-19-14 и SG-20-19), Национальным научным фондом США (1415189 и 1724300), Японским обществом содействия науке (FY2016-PE- 16047 и FY2016-PE-16721), Национальный институт общих медицинских наук Национальных институтов здравоохранения (P20GM103423), Европейская организация молекулярной биологии (ALTF-725 1455-2015), Институт перспективных исследований в Берлине и семья Герстнер Фонд. «Последствия выходят далеко за пределы нашей биосферы», - сказал Соджо. «Подобные гидротермальные системы могут существовать сегодня в других частях Солнечной системы, особенно на Энцеладе и Европе - спутниках Сатурна и Юпитера соответственно - и, что вполне предсказуемо, в других водно-каменистых мирах по всей Вселенной». «Понимание того, как углекислый газ может быть уменьшен в мягких геологических условиях, важно для оценки возможности происхождения жизни в других мирах, что способствует пониманию того, насколько распространенной или редкой может быть жизнь во Вселенной», - добавила Лори Бардж из NASA Jet Propulsion.