Первичный фосфор для первичной жизни

На КДПВ — микрофотография минерала, обнаруженного в бассейне Мёртвого моря. Циклофосфат (Ni,Fe)₂P₄O₁₂ (жёлто–зелёный агрегат) окружён сложным фосфатным комплексом (область красного цвета) с включением оксида железа — гематита (область серого цвета).

"Фосфор — один из важнейших химических элементов, из которых строятся живые организмы. Он входит в состав РНК, ДНК, клеточных мембран. Поэтому для образования первичной жизни на ранних стадиях эволюции Земли, очевидно, были необходимы соединения фосфора, способные участвовать в химических процессах и растворяться в воде. Существование таких соединений делает возможным реакции фосфорилирования, имеющие особое значение для синтеза нуклеиновых кислот и белков и играющие важнейшую роль в обмене веществ и энергии в клетках животных, растений и микроорганизмов.

Однако фосфор в природе встречается лишь в составе достаточно инертных минералов класса фосфатов, а потому маловероятно, что они могут быть источником фосфора для синтеза пребиотических молекул — предшественников первых живых организмов. Поэтому остаётся загадкой, какие соединения фосфора способствовали появлению строительных блоков таких молекул, как РНК и ДНК.

Сотрудники Санкт–Петербургского государственного университета и Университета имени Давида Бен–Гуриона (Израиль) обнаружили в горных породах бассейна Мёртвого моря природные циклофосфаты — возможные предшественники фосфорсодержащих молекул, которые участвовали в формировании первичной жизни на Земле. Циклофосфаты — химически активные фосфорсодержащие соединения. При разрушении их химической структуры (разрыве кольца) выделяется энергия, способная инициировать синтез фосфорорганических соединений. Поэтому циклофосфаты считаются главными кандидатами на роль фосфорсодержащего агента для образования молекул, из которых формировалась первичная жизнь миллиарды лет назад. Основным препятствием для принятия данной гипотезы было то, что эти соединения до сих пор не встречались в природе. И вот теперь они обнаружены.

Исследователи предполагают, что циклофосфаты могли образоваться в результате высокотемпературного окисления фосфидов — соединений фосфора, не содержащих кислород. Фосфиды встречаются на Земле в очагах геотермальной активности, в том числе в бассейне Мёртвого моря, где происходили высокотемпературные геологические процессы. Также циклофосфаты могли образоваться при метеоритной бомбардировке ранней Земли. Любое космическое тело при попадании в атмосферу подвергается интенсивной абляции — высокотемпературному испарению и окислению вещества. Сотрудники СПбГУ предполагают, что фосфиды, присутствовавшие в метеорите, полностью окислились, что повлекло за собой синтез циклофосфатов.

Редкость фосфидов в современной литосфере не означает, что они не были более широко распространены на Земле ранее, так как геохимическая среда миллиарды лет назад значительно отличалась от сегодняшней. Со временем атмосфера Земли всё больше насыщалась кислородом, и окисление в новой среде могло привести к образованию циклофосфатов.

Результаты работы, выполненной при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в журнале «Geology»".

"Наука и жизнь", № 3, 2021.

Ещё одна заметка по теме на сайте СПбГУ.