Кальцій міг вирішити долю життя ще до появи ДНК

Нове дослідження вчених Інституту науки про Землю і життя при Токійському технологічному інституті виявило ключову роль іонів кальцію у формуванні примітивних поліефірів та розвитку молекулярної хіральності життя.

Молекулярна хіральність – фундаментальна властивість живого. Більшість біомолекул існують у двох дзеркальних формах. Життя на Землі обрало одну форму, подібно до переваги правої чи лівої руки. Білки складаються з лівосторонніх амінокислот, а цукри в ДНК – правосторонні.

Це явище, відоме як гомохіральність, залишалося загадкою для науковців. Як виникла ця асиметрія? Дослідники використали винну кислоту з двома хіральними центрами як модельну молекулу. Результати виявилися несподіваними та багатообіцяючими.

Кальцій та Полімеризація Винної Кислоти

Експерименти показали дивовижний вплив кальцію на полімеризацію винної кислоти. Без кальцію чисті ліво- або правосторонні форми легко утворюють полімери. Суміші обох форм цього не роблять. Додавання кальцію змінює картину на протилежну.

“Це свідчить про те, що наявність кальцію могла створити на ранній Землі середовище, в якому гомохіральні полімери були сприятливими або несприятливими”, – пояснює Чен Чен, один із керівників дослідження. Такий механізм мав би значний вплив на ранню хімічну еволюцію.

Вчені пропонують два пояснення цього ефекту. По-перше, кальцій утворює кристали з винною кислотою, вибірково видаляючи однакову кількість лівих і правих молекул. По-друге, він змінює хімію полімеризації молекул, що залишилися в розчині.

Нова Перспектива Походження Життя

Дослідження пропонує революційний погляд на походження життя. “Походження життя часто обговорюється в термінах біомолекул, таких як нуклеїнові кислоти та амінокислоти”, – зазначає Тоні З. Цзя, співкерівник дослідження. “Однак наша робота представляє альтернативну перспективу: “небіомолекули”, такі як поліефіри, могли відігравати вирішальну роль у перших кроках на шляху до життя”.

Різні середовища ранньої Землі могли по-різному впливати на формування полімерів. Водойми з низьким вмістом кальцію сприяли утворенню гомохіральних полімерів. Середовища, багаті на кальцій, могли підтримувати різноманітність хіральних форм.

Це міждисциплінарне дослідження об’єднало вчених із семи країн. “Ми зіткнулися зі значними труднощами в інтеграції всіх складних аналізів”, – розповідає Руйцін І з Китайської академії наук. “Але завдяки наполегливій праці нашої команди, ми відкрили новий переконливий шматочок головоломки походження життя”.

Результати не лише допомагають зрозуміти зародження життя на Землі. Вони припускають можливість подібних процесів на інших планетах. Роль мінералів у хімічній еволюції може стати ключем до пошуку позаземного життя у Всесвіті.

Дослідники продовжують вивчати, як прості молекули взаємодіяли в динамічних пребіотичних середовищах. Кожне нове відкриття наближає нас до розуміння того, як неживе перетворилося на живе в глибинах часу.