Зарождению жизни на ранней Земле способствовали циклически менявшиеся условия — к таким выводам, подкрепленным экспериментально, пришли авторы нового исследования в журнале Nature Chemistry.
Чтобы смоделировать условия ранней Земли, ученые подвергали химические смеси повторяющимся циклам увлажнения и высыхания. Вместо случайных реакций молекулы самоорганизовывались, эволюционировали — и следовали предсказуемым закономерностям. Это ставит под сомнение идею о том, что ранняя химическая эволюция была хаотичной. Напротив, естественные колебания окружающей среды помогли направить формирование молекул в сторону усложнения, что в конечном итоге привело к появлению фундаментальных строительных блоков жизни.
Химическая эволюция, то есть постепенное преобразование молекул в пребиотических условиях, — это ключ к тайне возникновения жизни. Ее изучение сосредоточено преимущественно на отдельных химических реакциях, в которых могли образоваться биологические молекулы, а в новом исследовании построена комплексная экспериментальная модель изменений химических систем под воздействием условий окружающей среды.
Исследователи использовали смеси растворов органических соединений с различными функциональными группами, включая карбоновые кислоты, амины, тиолы и гидроксилы. Подвергая их чередующимся циклам увлажнения и высыхания — условиям, имитирующим колебания окружающей среды ранней Земли — экспериментаторы получили три важных результата: химические системы могут непрерывно эволюционировать, не достигая равновесия, избегать неконтролируемой сложности через избирательные химические пути и демонстрировать синхронизированную динамику популяций среди различных молекулярных видов.
Эти наблюдения позволяют предположить, что пребиотические среды могли играть активную роль в формировании молекулярного разнообразия, которое в конечном итоге привело к жизни.
«Продемонстрировав, что химические системы могут самоорганизовываться и эволюционировать структурированным образом, мы предоставляем экспериментальные доказательства для преодоления разрыва между пребиотической химией и возникновением биологических молекул», — пояснила Моран Френкель-Пинтер из Института химии Еврейского университета в Иерусалиме.
Полученные результаты важны не только с точки зрения понимания процесса возникновения жизни, но и могут быть полезны сугубо практически — для разработки новых молекулярных систем с определенными свойствами с потенциальным применением в материаловедении, разработке лекарств и биотехнологиях.
Биохимики: жизнь на Земле могла зародиться проще и легче, чем считалось
Тайна зарождения жизни: химики раскрыли механизм образования пептидов в воде