Колыбель жизни: геотермальные системы?

Долина гейзеров на Камчатке (Елизовский район). Фото Сергея Позднякова
Долина гейзеров на Камчатке (Елизовский район). Фото Сергея Позднякова
Борис Штерн
Борис Штерн

Продолжаем серию бесед с биологами о происхождении жизни во Вселенной. Борис Штерн интервьюирует Армена Мулкиджаняна, докт. биол. наук, научн. сотр. Оснабрюкского университета (Германия). Почему жизнь не могла зародиться в древнем океане? Каковы аргументы в пользу появления первых репликаторов в геотермальных системах? Какое влияние на рождение жизни оказало столкновение Земли и планеты Тейя? Как получить нуклеотиды и аминокислоты из цианида и формамида? Что такое «цинковый мир»? Видеозапись интервью см. на youtube.com/watch?v=b-eoNXj4ZxI

См. предыдущие публикации: trv-science.ru/tag/proisxozhdenie-zhizni

— Мы уже обсуждали, как возникла жизнь, как появился первый репликатор — грубо говоря, первая молекула, которая могла сама себя воспроизводить. Сегодня мы обсудим, где и в каких условиях мог возникнуть этот первый репликатор, где могла появиться первая клетка, где началась эволюция. С этим вопросом я и обращаюсь к Армену.

Армен Мулкиджанян
Армен Мулкиджанян

Принято считать, что первые репликаторы были похожи на современные молекулы РНК, эту идею, кстати, впервые высказал Андрей Николаевич Белозёрский в 1957 году. Есть набор убедительных свидетельств в пользу этой гипотезы. Где первые репликаторы могли возникнуть? Сейчас их синтезируют десятки ферментов, а тогда никаких ферментов не было. Первые репликаторы возникли сами по себе, спонтанно. Каким образом? Задача очень нетривиальная, потому что эти полимеры состоят из нуклеотидов как структурных единиц, мономеров, которые тоже достаточно сложно устроены. Если просто их перемешать, ничего не произойдет. Это как бы общие соображения.

А более специфическое соображение состоит в том, что все биологические полимеры — и молекулы РНК, которые претендуют на звание первых репликаторов, и молекулы ДНК, в которых сейчас хранится генетическая информация, и белки, и олигосахариды, т. е. полимеры из сахаров, — образуются, по сути дела, в результате одной и той же химической реакции, которая называется «поликонденсация». Например, два мономера объединяются между собой или мономер присоединяется к уже имеющейся цепочке. В ходе этой реакции происходит высвобождение молекулы воды (рис. 1). Это вещь совершенно принципиальная. Если наши молекулы находятся в водном растворе, реакция присоединения не идет, потому что вода вступает в эту реакцию и толкает ее в другую сторону. Если воды много, все эти полимеры, наоборот, распадаются. РНК — быстрее, ДНК — медленнее, белки — тоже медленнее, но все эти полимеры в воде нестабильны. Внутри клеток образование и поддержание этих полимеров обеспечивается внешней энергией. Зеленые растения осуществляют фотосинтез, животные поедают растения, хищники едят мясо этих животных и т. д. В общем, нужна энергия, которая обеспечивается специальными ферментами. Всего этого, естественно, не было в начале времен. Спонтанно эти мономеры могут объединяться, только если воды мало. Показано, что тогда при определенных условиях они образуют полимеры, не очень длинные, но, в принципе, образуют. Но когда воды совсем нет, тоже плохо, потому что этим молекулам нужно как-то взаимодействовать, двигаться относительно друг друга, и если совсем сухо, это невозможно, — тогда они неподвижны. Нужна какая-то жидкость.

Рис. 1. На каждой стадии сборки цепочки РНК выделяется по молекуле воды. По Cafferty, Hud, 2014
Рис. 1. На каждой стадии сборки цепочки РНК выделяется по молекуле воды. По Cafferty, Hud, 2014

Первым это понял Джон Берналл, британский кристаллограф, выпустивший книжку про происхождение жизни в 1951 году1. Он полагал, что хорошее решение — это приливные зоны. Пришел прилив — есть вода, всё перемешалось. Ушел прилив — всё высохло, тогда молекулы, находящиеся рядом друг с другом, могут взаимодействовать. Это вполне разумно с точки зрения физической химии. Собственно, в рамках этой логики флуктуирующих условий серьезные ученые с тех пор и размышляют о происхождении жизни. Классическая теория — морские приливы или пресноводные лужи, которые то высыхают, то их снова дождик заливает. Это один вариант. Другой вариант, очень интересный, на мой взгляд, и многообещающий, — это так называемые эвтектические 2 системы, по-простому — переходные системы при низких температурах, когда есть вода и лед одновременно. Их изучают применительно к образованию РНК-полимеров, и группа Филиппа Холлингера в Кембридже3 достаточно давно и успешно работает в этом направлении. Полимеры у них образуются при –7 °С в солевых растворах. Понижают температуру — вода вымерзает, образуется лед, молекулы РНК взаимодействуют между собой. Повышают температуру — всё перемешивается. Дальше снова всё замораживается. Тоже вполне разумно.

С моей аспиранткой Дарьей Дибровой мы косвенно вложились в эту тему лет десять назад: выпустили статью 4 совместно с профессором геологического факультета МГУ Андреем Юрьевичем Бычковым и специалистами по сравнительной геномике из США (группа Евгения Викторовича Кунина). Мы попытались понять, где возникли первые живые клетки. Сравнивая разные организмы, можно выйти на свойства самых первых клеточных организмов. Собственно, Евгений Викторович лет двадцать назад и предложил эту идеологию. А мы, изучая особенности имевшихся у этих организмов ферментов, попытались понять, где они жили. И пришли к выводу, что жили они в весьма специальных геотермальных системах.

Геотермальные системы бывают двух типов. С одной стороны — гейзеры, когда выбрасывается столб соленой воды периодически. С другой стороны — геотермальные поля, где выбрасывается не вода, а пар. Оказалось, что конденсат этого пара химически очень похож на среду внутри наших клеток. У нас там очень нетривиальная неорганическая химия: в десять раз больше ионов калия, чем натрия, чрезвычайно много ионов цинка (по сравнению с тем, сколько цинка в природе), очень много фосфата. Не похоже ни на пресную, ни на соленую воду. Оказалось, что это больше всего похоже на конденсат паровых выбросов геотермальных полей. Такие геотермальные поля есть у нас на Камчатке, Андрей Юрьевич Бычков их как раз изучает. Собственно, мы и утверждали в статье, что первые клетки возникли где-то в тех краях… Да нет, конечно, я шучу. Журналисты тогда писали: «Жизнь возникла на Камчатке». Нет, конечно. Древняя Земля была очень горячая, она вся была покрыта этими геотермальными полями.

Может быть, самые первые репликаторы, самые первые молекулы, которые могли себя воспроизводить, тоже жили в этих условиях. Возможно, они там возникли и развились до клеток. А иначе надо предполагать, что они жили где-то еще, а потом перебрались на эти геотермальные поля. Там выбросы происходят периодически, за сутки среда много раз увлажнится и высохнет, увлажнится и высохнет… Хорошее место, где могли возникнуть первые репликаторы. Опять-таки, если посмотреть на фотографии с Камчатки, видно, что эти поля покрыты снегом, т. е. снизу горячо, а вокруг очень холодно. Есть полный набор температур, от очень высоких до температуры замерзания воды и ниже. Тогда, может быть, могла работать та самая эвтектика, которую изучает Холлингер. То есть наблюдается полный набор благоприятных для возникновения жизни условий, и он есть только на геотермальных полях.

Все подобные химические соображения исключают морскую воду. Происхождение жизни в морской воде — это, видимо, совершенно нереально. Наша статья сильно изменила представления по этому поводу, и всё больше и больше ученых, изучающих происхождение жизни, моделируют именно континентальные геотермальные системы.

— Получается, нам нужны два условия: чередование сухости и влажности плюс определенный химический состав внешней среды. Геотермальные источники — это единственный вариант? Или есть другие?

— Мы сейчас пишем статью про это на основе лекции, прочитанной три года назад в Москве5. Она есть в Интернете. Дело в том, что период в истории Земли, когда она вся была покрыта геотермальными полями, в каком-то смысле был неизбежен. Дело в том, что мы строим гипотезы по поводу условий происхождения жизни, прошу прощения за каламбур, не от хорошей жизни, а потому, что Земля существует 4,5 млрд лет, и жизнь на Земле, скорее всего, появилась довольно рано, чему есть косвенные свидетельства, а древнейших земных пород не сохранилось. Самому древнему куску породы — 4 млрд лет. Первые 500 млн лет истории Земли геологически никак не засвидетельствованы. Это беда. А связано это с тем, что на Земле происходит тектоника плит, процесс «переваривания» земной коры: она плавится, потом ее снова выносит на поверхность… Поэтому от первых 500 млн лет геологам почти ничего не осталось. Правда, есть маленькие цирконовые гранулы, очень тугоплавкие. Это крохотные камушки, которые, не плавясь, проходили через циклы расплавления и кристаллизации окружающей их породы. Самым древним из них — 4,4 млрд лет. По ним можно что-то узнать.

А вот вне Земли ситуация странным образом другая. На Марсе, например, тектоники плит не было, и значительная часть породы на поверхности никуда не делась за те же 4,5 млрд лет. На Луне тоже не было тектоники плит, поэтому лунный грунт — смесь камней очень разного возраста, и этот грунт доступен, на Землю доставили уже 80 кг и достаточно хорошо изучили. То есть самой древней геологической земной летописи нет, а лунная — есть. И там очень много интересных обстоятельств выявляется. Главный вывод — Луна образовалась из Земли. Изотопный состав по кислороду, по железу у Луны и Земли абсолютно один и тот же. Поэтому принято считать, что Луна образовалась в результате катастрофы: где-то через 50–100 млн лет после образования Земли какая-то планета размером с Марс в нее врезалась, огромное количество земной материи вылетело на орбиту, и часть этой материи собралась и образовала Луну. Можно прикинуть, сколько энергии надо, чтобы выбросить на орбиту с первой космической скоростью массу Луны. Понятно, что в этот момент значительная часть мантии Земли перешла в газообразное состояние. Оставшаяся мантия, естественно, была расплавлена, а дальше этот океан магмы, которого не могло не быть, остывал. После того, как образовалась новая земная протокора, Земля продолжала остывать благодаря вулканической активности. Чтобы сбрасывать тепло, вулканов должно было быть очень много, и вокруг каждого вулкана были свои геотермальные поля. В общем, это было общее топологическое пространство переходящих друг в друга геотермальных полей, покрывающих Землю. Собственно, ничего другого после лунообразующего события быть, вроде, и не могло. Сейчас таких геотермальных полей штук десять на всю Землю, это экзотика. А тогда всё было ими покрыто. И это не просто гипотеза. Недавно опубликована модель остывания Земли по этому механизму6. Именно тогда, спустя 100–200 млн лет после возникновения Земли, могла запуститься жизнь. Так что это было интересное время с точки зрения физики Земли.

А еще там должна была быть нетривиальная химия, потому что биологические молекулы образованы из структурных единичек, кирпичиков, где есть углерод и азот, связанные друг с другом. Из них сложены колечки нуклеотидов, такая же углерод-азотная пептидная связь объединяет две аминокислоты в белке (рис. 2). Это интересно, потому что в неорганической природе нет минерала, в котором есть связь между углеродом и азотом. Одним из первых вопросом возникновения связей углерод-азот занимался Лев Михайлович Мухин из Института космических исследований Академии наук в 1970-е годы. Он поехал на Камчатку и обнаружил в вулканических извержениях цианид, состоящий как раз из связанных между собой атомов углерода и азота7. Эта связь, видимо, образуется в химическом реакторе, каковым служит вулкан, при температуре 1000–1200 °С. Мухин обнаружил достаточно большие концентрации цианида, который, видимо, липнет к лаве, поэтому ученый извлекал его прямо из лавовых образцов.

Рис. 2. Формамид — «свободноживущая пептидная связь». Пептидная цепочка — полимер из формамидных групп. umbc.edu, c изменениями
Рис. 2. Формамид — «свободноживущая пептидная связь». Пептидная цепочка — полимер из формамидных групп. umbc.edu, c изменениями

Много хороших химиков работают по этой теме. Дело в том, что, если вы берете цианид и начинаете проводить с ним химические реакции, из цианида получаются и нуклеотиды, и аминокислоты, и всё, что хотите, даже сахара странным образом получаются. Джон Сазерленд из Кембриджа, начиная с цианида и используя разные катализаторы, получил и нуклеотиды, и аминокислоты, и много чего еще8. А параллельно в Италии работает группа под руководством двух профессоров, Энрико ди Мауро и Раффаэле Саладино. Они взяли другое вещество, формамид — это цианид, связавший молекулу воды. Тоже простенькая молекула. Чего они только за двадцать лет с ней не делали… В ходе одной из последних работ Энрико ездил в Дубну к профессору Евгению Красавину, там они облучали формамид протонным пучком, имитируя космическое излучение, и тоже получили нуклеозиды, аминокислоты, органические кислоты, сахара9.

Интересно, что формамид — это жидкость, причем она кипит при 200 °С. Температура кипения воды 100 °С тоже достаточно высокая; она обусловлена тем, что молекулы воды образуют водородные связи друг с другом. В формамиде межмолекулярные связи крепче, поэтому температура кипения выше. Так возникла следующая идея: если есть источник формамида (вулканический или атмосферный, потому что облака формамида даже в Галактике плавают, это простое вещество) и происходит испарение за счет, например, высокой температуры, то вода улетит, а формамид останется. И тогда мы можем получать все необходимые биополимеры, потому что воды нет, а формамид — кирпичик, из которых эти биополимеры сложены, и он эти полимеры не гидролизует, он как раз их всячески стабилизирует, это показано. Таким образом, есть и такой вариант: жизнь могла зародиться в жидком формамиде с какими-то примесями или, например, в растворе с 80% формамида и 20% воды. Причем такой раствор ведет себя как антифриз. Это совершенно серьезно. Я пытался понять, какова температура замерзания формамида, до каких температур он может быть эвтектическим раствором. Выяснилось, что чистый формамид замерзает почти как вода, при 2 °С, а вот смесь формамида и воды замерзает уже при –20 °С. А если добавить еще какой-нибудь этиленгликоль, получаются дикие температуры замерзания, в районе –50 °С. Об этом я как раз узнал, найдя американский патент 1950-х годов на автомобильный антифриз. В реальной природе, естественно, была смесь самых разных соединений, так что могла существовать жидкая среда при температурах существенно ниже нуля. И это, на самом деле, хорошо, потому что еще одна проблема этих РНК-полимеров в том, что они быстро разрушаются при высокой температуре. А в холодной, безводной или маловодной жидкой среде реакция поликонденсации РНК-подобных мономеров могла быть сдвинута в сторону их образования, так что таким озеркам антифриза и не надо было даже высыхать периодически для возникновения жизни. Атмосфера Земли при ударе потерялась, и ее наработка за счет работы вулканов заняла миллионы лет. Так что атмосферное давление было низким, и вода испарялась безо всякого нагрева.

Кстати, один из парадоксов происхождения жизни — так называемый парадокс тусклого Солнца. Дело в том, что Солнце 4,5 млрд лет назад излучало на 30% меньше энергии, чем сейчас, а излучение было сдвинуто в синюю область, т. е. было меньше инфракрасного, теплового излучения. По разным оценкам, на Земле была температура от –50 до –30 °С. Это дополнительный аргумент в пользу геотермальных полей, обеспечивавших широкий диапазон температур.

— Насколько я понял, все эти условия требуют молодой геологически активной планеты. Поэтому вопрос: какие временные рамки возникновения жизни на Земле?

— Я уже старался показать, что полезную информацию можно извлечь из совершенно нетривиальных с точки зрения окружающей нас водной химии свойств биомолекул. Образующие их органические молекулы тоже необычны. Они потому и называются органическими, что химики открыли их в организмах, а в неорганической природе их нет или очень мало. Чем органические молекулы отличаются от неорганических? Органические молекулы содержат так называемый восстановленный углерод, т. е. атомы углерода в биомолекулах образуют связи с атомами водорода.

Как правило, органические, «восстановленные» молекулы окисляются, когда атомы водорода заменяются атомами кислорода — сильного окислителя, обладающего высоким сродством к электронам. При этом способность всей молекулы отдавать электроны на сторону, т. е. самой служить восстановителем, уменьшается. Поэтому благодаря атмосферному кислороду мы сейчас живем в окисленной среде.

В неорганической же природе углерод существует в виде углекислоты, СО2, предельно окисленной формы углерода. Поэтому жизнь устроена так, что, используя внешние источники энергии (например, свет при фотосинтезе), биосфера восстанавливает углекислоту до органических молекул. Для этого требуются протоны и так называемые восстановительные эквиваленты, а по-простому — электроны, необходимые для компенсации положительного заряда протонов. Есть десятки ферментов, которые за это отвечают, и эти ферменты очень сложные, поэтому, скорее всего, они не самые древние. Так что в начале времен органические молекулы должны были как-то образовываться сами по себе.

Тут надо сказать, что атмосферный кислород появился только после того, как некоторые фотосинтезирующие бактерии научились использовать солнечный свет для окисления воды до кислорода; биогенный кислород постепенно накапливался в атмосфере; примерно 2,5 млрд лет назад резко повысилась степень окисления минералов — произошла кислородная катастрофа. А в течение предшествовавших ей двух миллиардов лет окружающая среда Земли была более восстановительной. Начиная с Опарина принято считать, что обладающие восстановительными свойствами древние атмосфера и океан могли способствовать образованию органических соединений из углекислоты.

Дело, однако, в том, что для восстановления углекислоты, например при фотосинтезе, используются восстановители настолько сильные, что они окисляются не только кислородом, но и водой. Сейчас от окисления их защищают ферменты, внутри которых они «спрятаны». А вот без белков такие восстановленные соединения могли сохраняться только если воды не было. Вода относительно органических молекул нашего организма — окислитель. Вода не только разрушает связь между мономерами наших полимеров, но и может окислить многие молекулы нашего тела; другое дело, что это очень медленно происходит.

По уже упоминавшимся цирконовым гранулам геологи установили, что земная мантия обладала сверхвосстановительными свойствами только в течение первых 100–150 млн после образования Луны. Потом мантия подокислилась, видимо, взаимодействуя с водой. Так что, скорее всего, «окно» для возникновения жизни — 100–150 млн лет после образования Луны. Временные рамки достаточно жесткие. По другим критериям Беннер и соавторы тоже дают оценку 4,35 млрд лет10. А с тех пор Земля всё окисляется и окисляется. Сначала увеличилось количество воды, и организмам пришлось приспосабливаться к этой гадости; вода для них — жуткий яд. Прошло два миллиарда лет — появился кислород, потому что предки цианобактерий научились использовать энергию солнечного света, чтобы разлагать воду, отбирать у нее электроны и производить кислород. В ответ на это жизнь стала дальше приспосабливаться, появились многоклеточные организмы. До этого в них не было нужды. В общем, на Земле всё время идет приспособление жизни к ухудшающимся условиям. Для этого нужно становиться сложнее. Тогда можно выживать.

— Обязательно ли для возникновения жизни такое катастрофическое событие, как образование Луны?

— Скажу по-простому: не знаю. Мы реконструируем геохимию древней Земли по геохимии Луны. Скорее всего, земная протокора исходно обладала бы сверхвосстановительными свойствами в любом случае, а потом вода, высвобождавшаяся при затвердевании мантии, выходила бы на поверхность и окислила бы земную кору. Всё равно было бы какое-то «окно», когда органические молекулы могли образовываться на поверхности Земли сами по себе.

Для меня лично вся эта история с геохимией Луны, в которую я нечаянно влез, хотя я и биолог, оказалась очень важной, потому что еще одно из странных свойств живых организмов — большое количество ионов цинка внутри клеток. Из переходных металлов цинка там больше всего.

Как я уже говорил, мы воссоздавали среду обитания первых клеток по свойствам реконструированного Куниным набора ферментов, которые были у общего предка всех клеточных организмов. Они есть у всех свободноживущих организмов — значит, они были у общего предка. (Может быть, были еще какие-то общие ферменты, которые кто-то потерял, об этом можно дискутировать.) Многие из этих всеобщих ферментов странным образом оказались зависимы от ионов цинка как помощников при ферментативных реакциях или структурных элементов. Например, ион цинка образует две связи и «сшивает» два участка белка. Другая странность в том, что эти древние ферменты за одним исключением не используют железа, хотя его в земной коре в тысячу раз больше, чем цинка. Исходя из подобных соображений, мы написали несколько лет назад, что в истории жизни был какой-то период, когда вокруг было очень много цинка11. Мы назвали это «цинковым миром» и предложили геологическую гипотезу, почему так могло произойти, но сами понимали, что она не очень убедительна. То есть биологическая летопись говорит о том, что когда-то было много цинка, а почему — неведомо.

Рис. 3. Столкновение Земли и Тейи (фантазия художника). NASA/JPL-Caltech
Рис. 3. Столкновение Земли и Тейи (фантазия художника). NASA/JPL-Caltech

И вот что замечательно: в лунных породах цинка в сто раз меньше, чем на Земле. Улететь, как водород, он не мог — цинк тяжелый. Магния на Луне примерно столько же, сколько на Земле, а он в три раза легче цинка. Специалистов по геохимии Луны очень интересовало, куда подевался лунный цинк и они вроде бы разобрались12. Итак, когда внешняя планета, именуемая Тейей, ударила по Земле (рис. 3), вынесенная ударом на орбиту материя из-за высокой температуры в несколько тысяч градусов должна была перейти в газообразное состояние, образовав протолунное облако. Со временем этот очень горячий протолунный диск, в одной из моделей называемый синестией, должен был остывать и уменьшаться в размерах. По мере остывания материя должна была переходить сперва в жидко-каплевидное, а затем и в твердое состояние с образованием частиц минералов, агрегация которых и привела к образованию Луны. И тогда эта цинковая аномалия объясняется тем, что цинк — самый волатильный, т. е. самый летучий металл. Цинк конденсируется из газовой фазы при 600–800 °С, в зависимости от давления. То есть кремниевые, содержащие железо и магний минералы уже «спекались» в Протолуну, а цинк еще оставался в газообразном состоянии. В какой-то момент этот объект уменьшился настолько, что Луна осталась снаружи — но обедненная летучими элементами. А эти элементы в конце концов выпали на Землю, причем мы полагаем, как нам кажется, разумно, что наиболее летучие элементы, а это цинк и сера, выпадали последними. Поэтому самый верхний слой (десятки-сотни метров) земной протокоры, которая образовалась поверх океана магмы, был насыщен именно ими. Цинка было много, легко прикинуть, что его было не менее 1017 кг. Выпавший из протолунного облака цинк был по большей части металлическим. Металлический цинк — это очень сильный донор электронов, способный восстанавливать и углекислоту, и азот. Недавно была напечатана работа в Science, в которой все четыре РНК-нуклеотида получилсь с использованием металлического цинка в качестве восстановителя и катализатора13. Поэтому рождение Луны для меня важно, в первую очередь, тем, что оно привело к покрытию Земли специфическим слоем, который был в буквальном смысле плодороден для образования первых репликаторов, первых клеток.

Рис. 4. Унифицированный синтез всех четырех нуклеотидов с металлическим цинком как восстановителем и катализатором. Becker S. et al., 2019
Рис. 4. Унифицированный синтез всех четырех нуклеотидов с металлическим цинком как восстановителем и катализатором. Becker S. et al., 2019

— Благоприятным для образования жизни был определенный геологический период в истории ранней планеты. Вопрос: он был достаточно продолжительным для того, чтобы эволюция успела пройти путь от первых репликаторов до первых клеток?

— Хороший вопрос… Наверное, да. Если жизнь заставляет, эволюция проходит быстро. Думаю, все помнят пример из школьного учебника по биологии: белые бабочки, живущие рядом с заводами, где сжигали уголь, очень быстро, за десятки лет, стали грязно-серыми, чтобы их птички не ели. Скорость эволюции определяется скоростью изменения внешней среды. А после катастрофы, приведшей к образованию Луны, условия на Земле менялись быстро.

В общем, важно понимать, что в естественном отборе нет никакого отбирающего персонала, просто неудачные организмы погибают и не оставляют потомства. И сотни миллионов лет для эволюции от РНК-подобных молекул до клеток, в общем, более чем достаточно.

— Большое спасибо за очень интересное интервью!


1 Bernal J.D. (1951). The Physical Basis of Life.Routledge and Kegan Paul, London.

2 От греч. εύτηκτοςлегкоплавкий. — Ред.

3 www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/group-leaders/h-to-m/philipp-holliger/

4 Mulkidjanian A. Y., Bychkov A. Y., Dibrova D. V., Galperin M. Y., and E. V. Koonin. Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields // Proc. Natl. Acad. Sci., 109, E821–E830 (2012). DOI: 10.1073/pnas.1117774109

5 youtu.be/PpaWa-0yCjI

6 Zhang Q., Zhu D., Du W. et al. A model of crust–mantle differentiation for the early Earth. Acta Geochim 41, 689–703 (2022). DOI: 10.1007/s11631-022-00529-y

7 Mukhin L. M. Volcanic processes and synthesis of simple organic compounds on primitive earth. Orig Life 7, 355–368 (1976). Мухин Л. Планеты и жизнь. — М.: Мол. гвардия, 1984. — (Эврика).

8 www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/group-leaders/n-to-s/john-sutherland; Patel B., Percivalle C., Ritson D. et al. Common origins of RNA, protein and lipid precursors in a cyanosulfidic protometabolism. Nature Chem 7, 301–307 (2015). DOI: 10.1038/nchem.2202

9 Saladino R., Carota E., Botta G., Kapralov M., Timoshenko G., Rozanov A., Krasavin E., Di Mauro E. (2015). Meteorite-catalyzed syntheses of nucleosides and of other prebiotic compounds from formamide under proton irradiation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112. DOI: 10.1073/pnas.1422225112

10 Benner S.A., Bell E.A., Biondi E. et al. (2020) When did life likely emerge on Earth in an RNA-first process? ChemSystemsChem 2. DOI: 10.1002/syst.201900035

11 Mulkidjanian A. Y. On the origin of life in the Zinc world: 1. Photosynthesizing, porous edifices built of hydrothermally precipitated zinc sulfide as cradles of life on Earth. Biol Direct 4, 26 (2009); Mulkidjanian A.Y., Galperin M. Y. On the origin of life in the Zinc world. 2. Validation of the hypothesis on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth. Biol Direct 4, 27 (2009). DOI: 10.1186/1745-6150-4-27

12 Lock S.J., Bermingham K.R., Parai R. et al. Geochemical Constraints on the Origin of the Moon and Preservation of Ancient Terrestrial Heterogeneities. Space Sci Rev 216, 109 (2020).
DOI: 10.1007/s11214-020-00729-z

13 Becker S. et al. Unified prebiotically plausible synthesis of pyrimidine and purine RNA ribonucleotides. Science. 2019 Oct 4;366(6461):76–82. DOI: 10.1126/science.aax2747.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest

12 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
юрий кирпичев
юрий кирпичев
1 месяц назад

Отличное интервью!

Denny
Denny
1 месяц назад

Давно не интересовался этими вопросами. Но интересно, что NaCl (морская вода в первом приближении) есть основной компонент внеклеточной среды. А внутри клетки натрия и хлора мало. Вместо натрия — калий. Причем клетка тратит энергию на создание и поддержание этих ионных градиентов. Калий (но не натрий) критически нужен для синтеза белка и еще ряда важных реакций. Поэтому маловероятно, что доклеточные формы «жизни» могли зародиться в мировом океане. А геотермальные озера, где из пород может выделяться калий, как раз подходят. Попадание мировой океан скорее связано с образованием клетки. Нужна была мембрана, чтобы отделиться от внешней среды с натрий-хлором.

Валерий Снытников
Валерий Снытников
1 месяц назад
В ответ на:  Denny

Мирового океана, континентов, а на них геотермальных озер ранее 3,9 млрд лет на поверхности Земли не существовало. По крайней мере, нет о них данных. Переносить современные условия в географической оболочке Земли на раннюю, в первые 800 миллионов лет, эволюцию Земли методически не корректно. Идея, что химизм внутри клетки архей может больше отвечать доклеточным условиям, а современная клеточная мембрана является ответом на новые условия в изменившейся среде, обсуждалась. Она на взгляд участников программы РАН «Происхождение и эволюция биосферы» может быть весьма продуктивной.

Denny
Denny
1 месяц назад

Вот и я что-то такое припоминаю.

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
1 месяц назад

«В общем, на Земле всё время идет приспособление жизни к ухудшающимся условиям. Для этого нужно становиться сложнее. Тогда можно выживать.»
 
Красивая формулировка, — почти универсальный эволюционный алгоритм:
выживание за счет усложнения благодаря ухудшению условий своими усилиями ))
И вечный вопрос – шепот в ночи
Куда ведет нас это «почти»?

Ernest
Ernest
21 дней(-я) назад

Это вечный ответ — к приспособлению и выживанию. Другого не наблюдается. Тогда почему вопрос?

В.П.
В.П.
1 месяц назад

Председатель Сибирского отделения РАН академик Пармон тоже сочинял на тему происхождения жизни https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/25618/Novoe_v_teorii_poyavleniya_zhizni

res
res
1 месяц назад
В ответ на:  В.П.

Ну так, Пармон это почти Опарин ))

Vladimir
Vladimir
1 месяц назад

Наиболее глубокая и проработанная гипотеза происхождения жизни, теперь с привлечением Луны, как источника катализатора для этого.
Да ещё, лозунг: «Камчатка — колыбель жизни», очень подходит для развития внутреннего туризма в сложившейся обстановке.

Валерий Снытников
Валерий Снытников
1 месяц назад

«на Земле происходит тектоника плит, процесс «переваривания» земной коры: она плавится, потом ее снова выносит на поверхность… Поэтому от первых 500 млн лет геологам почти ничего не осталось.»

Тектоника плит на Земле началась на рубеже 3,9 млрд лет назад по данным ГЕОХИ РАН, которые были получены в рамках программы «Проблемы зарождения и эволюции биосферы» — книга под ред. Э.М. Галимова, 2008. Статья Силантьева С.А. с соавторами на стр.381 (вывод на стр. 391).

Отсутствие пород (миллионов тонн, а не отдельных случайных микровключений) более старшего возраста не связано с тектоникой плит. Как указал Розанов А.Ю., один из руководителей той же программы, в первые сотни миллионов лет на поверхности Земли не было геологически значимых объемов воды, отсюда и нет более древних осадочных пород, чем с 3,9 млрд лет. (А где была вода? -В атмосфере. Отсюда получаются числа в оценках температуры на поверхности ранней Земли, которые больше 100 С).

Проблема в том, что в древнейших породах возраста 3,9 млрд лет присутствие бактерий зафиксировано (смотрите материалы той же программы и более поздние данные), как впрочем и в метеоритах класса углистых хондритов с возрастом 4,56 млрд лет, когда Земля еще только формировалась.

Идея, что вода являлась «сильным ядом» на ранних этапах возникновения жизни обсуждалась на конференции «Проблемы зарождения и эволюции биосферы» в Ретимно, Крит в 2011 году.

Валерий Снытников
Валерий Снытников
1 месяц назад

Собраться в космосе выброшенным осколкам после столкновения Земли с другим небесным телом в Луну как самопроизвольно собраться разлетевшимся осколкам разбитого стакана — сказать можно, но никто еще не демонстрировал. Э. М. Галимов предложил гипотезу формирования Земли и Луны в результате фрагментации общего протопланетного газопылевого скопления. В моей статье приведен результат суперкомпьютерного расчета протопланетного диска с формированием протопланеты, вокруг которой начинают появляться ее спутники (на стр. 55 «Эволюция биосферы и биоразнообразия». М. 2006. 600 с.)

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
1 месяц назад

Вряд ли гейзеры – стартовый автоколебательный – ну, или автоволновой — процесс самоорганизации бозонов и фермионов в живые существа. Хотя, как частный, промежуточный – почему бы и нет?
В общем, — «темна вода во облацех» — похоже, имеет смысл не ограничиваться только светлой стороной нашего мира  — и использовать темную материю  в обсуждениях механизмов возникновения жизни.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (6 оценок, среднее: 4,33 из 5)
Загрузка...