Ученые показали, как РНК могла возникнуть на ранней Земле, однако полного объяснения перехода от простой химии к жизни до сих пор нет. Одну из новых гипотез предложил китайский исследователь Йондун Цзинь из Шэньчжэньского университета предложил новую гипотезу происхождения жизни на Земле. Согласно ей, ключевую роль в формировании первых биологических молекул могли играть минеральные наночастицы с ферментоподобными свойствами. По мнению автора, именно такие структуры могли постепенно превращать простые неорганические вещества в сложные органические соединения. Об этом сообщает ScienceDaily.

Вопрос происхождения жизни на Земле остается одной из самых больших научных загадок. Большинство исследователей соглашается, что критическим этапом стало возникновение первых биополимеров и их строительных блоков. В то же время механизм, благодаря которому набор простых неорганических газов превратился в первые живые системы, до сих пор остается непонятным.

За последнее столетие ученые предложили немало теорий химической эволюции. Часть из них объясняет происхождение жизни процессами, которые происходили на самой Земле, другие связывают их с космической средой. Однако каждая из гипотез имеет свои ограничения и опирается на отдельные экспериментальные результаты или теоретические предположения. Хотя каждая из них объясняет отдельные аспекты проблемы, ни одна не смогла предложить универсальную картину перехода от неживой материи к живым организмам.

Именно поэтому профессор Школы биомедицинской инженерии Шэньчжэньского университета Йондун Цзинь предложил новую концепцию, которую назвал "гипотезой наноферментов".

Она предполагает, что ключевую роль в возникновении и развитии жизни могли играть природные минеральные наноферменты, а позже — их органические гибридные формы. По мнению автора, именно эти структуры были особенно важными на ранних этапах истории планеты, когда из неживых веществ формировались первые молекулы, связанные с жизнью.

Согласно гипотезе, в условиях первобытной Земли минеральные наноферменты постепенно превращали простые газы во все более сложные соединения с помощью сочетания физических и химических процессов. Основой такого механизма могла быть так называемая неорганическая фотосинтеза.

Автор гипотезы выделяет сразу несколько функций природных наноферментов. Они могли выступать катализаторами реакций, обеспечивать связывание молекул на своей поверхности, защищать вещества от ультрафиолетового излучения, участвовать в естественном отборе молекул и регулировать потоки энергии. Выполняя эти задачи, наноферменты могли использовать природные источники энергии, включая солнечный свет, тепло и электрические разряды.

Гипотеза также предполагает, что они способствовали преобразованию энергии в молекулярную информацию, которую можно было хранить, воспроизводить и передавать. Такие свойства считаются одной из необходимых предпосылок для возникновения живых систем.

В новой модели сама Земля рассматривается как огромная природная лаборатория, которая в течение миллиардов лет постепенно создавала органический мир из полностью неорганической среды. По мнению автора, особую роль могли играть температурные и давящие градиенты в недрах планеты, а также районы активного вулканизма и геотермальные источники. Именно там могли формироваться первые минеральные наноферменты — металлы, оксиды металлов и сульфидные наночастицы.

Интересно, что похожие подходы сегодня используют в лабораториях для синтеза искусственных наноферментов. За миллиарды лет эта система могла постепенно эволюционировать, обновляться и становиться все более сложной. Часть таких структур, вероятно, впоследствии вошла в состав живых организмов.

Автор считает, что этот процесс мог влиять как на эволюцию минералов, так и на изменения окружающей среды, которые облегчали развитие предбиологических молекул.

Сегодня минеральные наночастицы широко распространены в природе. Каждый год через экосистемы проходят тысячи тераграмм таких частиц. Они присутствуют в океанах, водоемах, атмосфере и почвах и играют важную роль в биогеохимических циклах.

В конце концов автор надеется, что гипотеза наноферментов поможет объединить различные теории происхождения жизни в единую концептуальную модель и станет толчком для новых исследований в этой области.

[see_also ids="685442"]

Напомним, что вопрос происхождения первых молекул жизни ученые также связывали с веществами, которые могли попасть на раннюю Землю из космоса. Британские исследователи Стивен Томпсон и Сара Дэй из лаборатории Diamond Light Source выяснили, что аминокислоты, необходимые для формирования белков и ферментов, могли храниться на частицах межзвездной пыли во время путешествия через раннюю Солнечную систему. В лабораторном эксперименте они создали частицы аморфного силиката магния, нанесли на них глицин, аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты и проверили их устойчивость к нагреву, подобному сближению пыли с Солнцем.