Фосфор для первых живых клеток мог прилететь из космоса

Учёные давно бьются над вопросом, откуда на древней Земле взялся фосфор в форме, пригодной для зарождающейся жизни. Теперь исследователи нашли механизм, с помощью которого нужные вещества могли образоваться прямо в протопланетном диске.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Ральфом Кайзером (Ralf Kaiser) из Гавайского университета в Маноа.

Фосфор – один из самых важных для живых организмов химических элементов. Он входит в состав ДНК, хранящей наследственную информацию, РНК, осуществляющей синтез белка и выполняющей много других функций, АТФ – универсального источника энергии для клеток, фосфолипидов – строительного материала для клеточных мембран. Список можно продолжать. Жизнь, какой мы её знаем, без фосфора просто немыслима.

Однако в неживой природе Земли этот элемент встречается в основном в виде плохо растворимых в воде и химически инертных фосфатов. Они не годятся на роль источника фосфора для первых живых организмов. Как же в таком случае могла возникнуть жизнь?

Над этим вопросом учёные ломают голову не первый год. Было предложено несколько возможных источников фосфора в удобной для усвоения форме. Команда Кайзера предложила новый интригующий вариант.

Учёные воспроизвели в лаборатории условия протопланетного диска, из которого возникли все тела Солнечной системы. Для этого им понадобился глубокий вакуум, охлаждение вещества до -268 ^oC и поток электронов, имитирующий космические лучи.

Материалом послужили зёрна из замёрзшего углекислого газа и воды. В холодных протопланетных дисках эти вещества очень распространены. Также в состав этих крупиц материи входил фосфин H₃P. Это простое соединение тоже наверняка присутствовало в протопланетном облаке.

Учёные обнаружили, что в этих условиях образуются кислородосодержащие кислоты (оксокислоты) на основе фосфора. В их числе фосфорная кислота H₃PO₄, фосфоновая кислота H₃PO₃ и пирофосфорную кислоту H₄P₂O₇. В течение первого миллиарда лет существования Земли они могли быть доставлены на планету метеоритами и кометами. Там, вступив в химические реакции, они образовали бы такие растворимые и пригодные для усвоения жизнью формы фосфора, как фосфиты HPO₃^2- и пирофосфаты P₂O₇^4-.

"На Земле фосфин смертелен для живых существ, – объясняет первый автор статьи Эндрю Тёрнер (Andrew Turner), также из Гавайского университета в Маноа. – Но в межзвёздной среде экзотическая химия фосфина может способствовать возникновению редких путей для химических реакций и инициировать образование биорелевантных молекул, таких как оксокислоты фосфора, которые в конечном итоге могли вызвать молекулярную эволюцию жизни, какой мы её знаем".

Заметим, однако, что предложенный авторами вариант обогащения "предбиосферы" фосфором отнюдь не единственный. Кратко опишем некоторые другие сценарии. Подробнее о них можно прочесть в замечательной книге Михаила Никитина "Происхождение жизни: от туманности до клетки".

Так, некоторые метеориты содержат фосфид железа Fe₃P. При попадании в воду это вещество постепенно разлагается, причём до 50% фосфора переходит в фосфиты и ещё до 5% – в пирофосфаты.

Другим источником этого важного элемента могли быть вулканы. Газы некоторых "огнедышащих гор" содержат заметное количество оксидов фосфора P₄O₁₀, PO₂ и P₄O₆. При растворении их в воде также образуются фосфиты и пирофосфаты. Фосфиты содержатся также в воде некоторых геотермальных источников и вулканических грязевых котлов (а именно там, по мнению многих экспертов, зародилась жизнь).

Вряд ли мы когда-нибудь узнаем, какой механизм или механизмы в действительности сработал на юной Земле. Но чем больше реалистичных вариантов предлагают эксперты, тем больше возникновение жизни превращается из покрытой мраком тайны в изученный и доступный пониманию процесс.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о других "кирпичиках жизни", попавших на Землю с метеоритами, а также протопланетных дисках в качестве "фабрик органики" и о том, как радиация могла помочь синтезу первой ДНК.