Кальций как ключевой элемент в формировании первых молекул жизни на Земле
Новая волна исследований, проведенная специалистами из Токийского института наук о Земле и жизни, открывает перспективы к пониманию роли кальция в зарождении жизни на ранней Земле. Открытия, опубликованные в авторитетном журнале *Proceedings of the National Academy of Sciences*, подчеркивают совершенно неожиданные свойства ионов кальция, которые могут оказывать избирательное влияние на образование примитивных молекул, предшествующих современным биомолекулам.
Одной из ключевых тем данного исследования стало явление гомохиральности — предпочтение живых организмов использовать молекулы определенной «хиральности» (лево- или правосторонней). Несмотря на тот факт, что молекулы, такие как сахара в ДНК и аминокислоты в белках, имеют ярко выраженное хиральное различие, механизм возникновения этой хиральности остается одной из самых больших загадок науки.
В ходе экспериментов ученые сосредоточились на молекуле винной кислоты, обладающей двумя формами хиральности. Результаты показали, что кальций может существенно повлиять на способности этой молекулы к полимеризации. В частности, когда винная кислота продавалась в чистом виде (либо в левосторонней, либо в правосторонней форме), она легко образовывала длинные цепочки. При смешивании обеих форм процесс полимеризации практически останавливался, однако присутствие кальция кардинально изменяло ситуацию, способствуя образованию полимеров даже из смешанных форм.
Исследователи предполагают, что влияние кальция проявляется через два комплекса механизма. Во-первых, ионы кальция могут связываться с винной кислотой, образуя кристаллы тартрата кальция, которые избирательно удаляют одну из форм молекул из раствора. Во-вторых, кальций изменяет химические свойства оставшихся молекул, что способствует дальнейшей полимеризации и, таким образом, усиливает возможный предсуществующий дисбаланс в хиральности. Это могло привести к окончательному монополю одной из форм — либо левой, либо правой, что, в свою очередь, стало основой для последующего развития современных биомолекул.
Эти находки имеют важные последствия не только для понимания механизмов становления жизни на Земле, но также открывают новые горизонты для аналогичных процессов на других планетах. К примеру, если кальций действительно мог быть катализатором формирования гомохиральных молекул, то подобные процессы могут существовать и в экзопланетных условиях.
Руководитель исследования, доцент Тони З. Цзя, подчеркивает, что «отрицание роли ‘небиомолекул’, таких как полиэфиры, в ранних этапах развития жизни на Земле — это серьезное упущение. Наши результаты открывают новые горизонты для ученых, которые ищут признаки жизни за пределами нашего мира».
Это исследование подчеркивает важность междисциплинарного подхода в изучении вопросов о происхождении жизни, соединяя химию, биологию и планетологию, и возможно, когда-нибудь поможет ответить на извечный вопрос о месте человека во Вселенной.
