University of Rochester: в происхождении жизни на Земле значительную роль мог сыграть марганец


Фото из открытых источников
Первые признаки жизни появились на Земле около четырех миллиардов лет назад в виде микробов. Хотя ученые до сих пор точно определяют, когда и как возникли эти микробы, ясно, что происхождение жизни неразрывно связано с химическими и физическими свойствами ранней Земли.
 
«Разумно предположить, что жизнь могла бы начаться иначе — или вообще не начаться — если бы химический состав нашей планеты был другим», — говорит Дастин Трэйл из Рочестерского университета (США).
 
Но как выглядела Земля миллиарды лет назад и какие свойства могли способствовать возникновению жизни? В статье, опубликованной в журнале Science Trail ученые раскрывают ключевую информацию в поисках ответов. Исследование важно не только для открытия происхождения жизни, но и для поиска жизни на других планетах.
 
«В настоящее время мы являемся свидетелями захватывающего времени, когда человечество ищет жизнь на других планетах и лунах, а также в других планетарных системах», — говорит Трейл. «Но мы до сих пор не знаем, как — или даже когда — зародилась жизнь на нашей планете. Исследования, подобные нашему, помогают определить конкретные условия и химические пути, которые могли породить жизнь, работа, которая, несомненно, сыграет важную роль в поиске для жизни за пределами нашей планеты».
 
Изучение жизни и ее происхождения обычно охватывает несколько дисциплин, включая геномику, изучение генов и их функций; протеомика, наука о белках; и новая область под названием Metalmics, изучающая важную роль металлов в функционировании клеток. Потребность в определенных металлах менялась на протяжении всей жизни, но ученые хотели определить, какие металлы могли быть доступны, когда микробы впервые появились миллиарды лет назад.
 
«Выдвигая гипотезы о различных сценариях происхождения жизни, ученые склонны предполагать, что все металлы были доступны, потому что нет исследований, которые установили бы геологически надежные пределы концентрации металлов в жидкостях в самые ранние периоды истории Земли», - пояснили исследователи.
 
Ученые изучили состав и свойства флюидов в литосфере — внешнем слое Земли, включающем кору и верхнюю мантию. Эти литосферные флюиды являются ключевыми путями для транспортировки растворенных фрагментов горных пород и минералов между недрами Земли и гидротермальными бассейнами снаружи, где может процветать микробная жизнь. Хотя ученые не могут напрямую измерить количество металлов, существовавших миллиарды лет назад, путем определения свойств жидкости, они могут сделать вывод, какие металлы и их концентрации переносились между внутренней и внешней частями Земли на заре жизни.
 
Горные породы и минералы возрастом в миллиарды лет часто являются единственными прямыми источниками информации о древнейшей истории Земли. Потому что горные породы и минералы хранят информацию о составе земли на момент их образования.
 
Исследователи провели эксперименты с высоким давлением и высокой температурой и применили эти результаты к цирконам ранней Земли, вероятному типу минералов, собранных на участках в Западной Австралии, для оценки давления кислорода, содержания хлора и температуры литосферных жидкостей за миллиарды лет. Затем они передали эту информацию в компьютерные модели. Модели позволили им смоделировать свойства литосферных флюидов и, в свою очередь, смоделировать, через какие металлы флюиды могут пройти, чтобы достичь гидротермальных бассейнов на поверхности Земли.
 
Ученые были удивлены тем, что показало моделирование. Например, многие исследователи происхождения жизни считают медь вероятным химическим компонентом, который мог дать начало жизни. Но здесь не было доказательств того, что меди было много, учитывая ограничения их анализа.
 
Одним из изученных металлов, который может быть доступен в высоких концентрациях, был марганец. Хотя марганец редко учитывается в сценариях происхождения жизни, сегодня марганец помогает организму формировать кости и помогает ферментам расщеплять углеводы и холестерин.
 
«Наше исследование показывает, что такие металлы, как марганец, могут функционировать как важные связующие звенья между «твердой» Землей и возникающими биологическими системами на поверхности Земли», — пояснили авторы статьи.
 
Они добавили, что проведенное ими исследование поможет в изучении происхождения жизни. 
 
«Эксперименты, разработанные с учетом этой информации, приведут к лучшему пониманию того, как возникла жизнь», - резюмировали ученые.