JACS: воссозданы химические реакции, из которых могла зародиться жизнь на Земле

Исследователи из Бразилии, Японии, Великобритании и США смогли впервые в лабораторных условиях воспроизвести химические процессы, которые, вероятно, происходили в глубинах древнего океана около четырех миллиардов лет назад и привели к образованию первых органических молекул — предшественников жизни. Работа опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society (JACS).

Во времена Гадейского эона (4,6–4,0 млрд лет назад) горячие щелочные источники на дне океана смешивались с холодной и кислой морской водой. На границе потоков формировались минеральные стенки из сульфидов железа и никеля, пронизанные микропорами и способные проводить электроны. Эти естественные структуры создавали электрохимические градиенты, аналогичные тем, что сегодня обеспечивают обмен энергией в живых клетках.

Чтобы проверить гипотезу, исследователи создали настольные реакторы, имитирующие взаимодействие древней морской воды и гидротермальных жидкостей. В качестве катализаторов использовались минералы Fe–S и Fe–Ni–S, напоминающие активные центры ферментов современных организмов.

На "океанической" стороне реактора исследователи обнаружили микроконцентрации муравьиной и уксусной кислот, что подтверждает протекание реакций восстановления CO₂ за счет водорода, поступающего с "гидротермальной" стороны. Всего этого удавалось достичь благодаря токам силой всего в несколько наноампер (10⁻⁹ А) — настолько малым, что они могли существовать естественным образом на дне древнего океана.

Оказалось, что без участия ферментов природные градиенты pH, температуры и окислительно-восстановительного потенциала в подводных гидротермальных источниках могли способствовать превращению углекислого газа (CO₂) в муравьиную кислоту (CH₂O₂), а затем — в уксусную кислоту (C₂H₄O₂). Эти реакции считаются первыми шагами так называемого пути Вуда–Льюнгдаля — древнейшей метаболической цепочки, с помощью которой современные бактерии накапливают энергию.

"Мы хотели проверить, достаточно ли только естественных физических условий, чтобы запустить этот процесс.

И выяснили, что их действительно хватает", — рассказал первый автор статьи Тьяго Алтэр Феррейра, исследователь Института физико-химических исследований RIKEN в Японии.

Результаты работы подтверждают, что именно щелочные гидротермальные источники могли стать колыбелью жизни, обеспечив первичные энергетические и химические условия для самопроизвольного формирования органических молекул.