Ни один из нас не существовал бы, если бы живые организмы не появились на Земле миллиарды лет назад. Исследователей по-прежнему волнует вопрос о том, как возникла эта искра жизни.
Недавнее исследование обнаружило комбинацию солей, которые в сочетании с тепловыми потоками расплавленной породы могли способствовать формированию самовоспроизводящихся биомолекул.
Самовоспроизведение является важным элементом гипотезы «мира РНК»: концепции о том, что рибонуклеиновые кислоты (РНК) способны как хранить биологическую информацию, так и выполнять необходимое «сворачивание» структуры, позволяющее жизни развиваться в ее современном виде.
В своем исследовании ученые проанализировали смесь магния (Mg) и натрия (Na), какой она могла быть на Земле в ранние годы ее существования: для процесса сворачивания РНК требуется относительно высокая концентрация двухзарядных ионов магния и более низкая концентрация однозарядного натрия.
«Таким образом, возникает вопрос, какие среды на ранней Земле могли создать подходящие солевые условия для таких пребиотических метаморфоз. Одним из геологически вероятных процессов, способствующих образованию соленой среды, является выщелачивание солей из базальта», — отмечает международная группа исследователей в своей статье.
«Будучи первичным частичным расплавом мантии Земли, базальт представляет собой один из самых распространенных типов горных пород, встречающихся в ранней коре Земли, а также в коре других планет земной группы в нашей Солнечной системе».
Команда синтезировала базальтовое стекло, которое образуется на Земле при быстром охлаждении расплавленного базальта (например, при взаимодействии с океанской водой), и провела анализ количества магния и натрия, извлекаемого из стекла при различных температурах и размерах зерен. Результаты всегда показывали значительно большее содержание натрия по сравнению с магнием.
Кроме того, уровни магния всегда были значительно ниже необходимых для нормального функционирования пребиотической РНК. Исследователи пришли к выводу, что недостающей частью этого процесса были конвективные потоки тепла.
«Ситуация значительно изменилась, когда в нашу модель были включены тепловые потоки, которые, вероятно, существовали на Земле из-за высокого уровня геологической активности, ожидаемого для пребиотической среды», — объяснил биофизик Кристоф Маст из Мюнхенского университета Людвига Максимилиана в Германии.
«Мы продемонстрировали, что сочетание базальтовых пород и простых конвекционных потоков может привести к оптимальному соотношению между ионами Mg и Na в естественных условиях».
Температурные градиенты в узких трещинах и порах базальтового стекла создают конвективные потоки, необходимые для оптимизации солей, а также перемещают больше ионов против тока, образуя так называемый термофорез. Исследование показывает, что конвекция и термофорез совместно увеличивают количество ионов магния в смеси, создавая условия, при которых может возникать самовоспроизводящаяся РНК. Подобные химические реакции могли происходить на Земле 4 миллиарда лет назад.
Исследование также показывает, что вымывание солей из базальта, который в изобилии присутствует в мантии Земли, соответствует модели гипотезы о мире РНК. Более того, это расширяет представления о солевых смесях, которые, возможно, способствовали зарождению жизни на нашей планете.