Кредитний імідж: Університет Арізони
Вчені університету Арізони виявили, що метеорити, особливо метеорити заліза, можуть мати вирішальне значення для еволюції життя на Землі.
Їх дослідження показують, що метеорити легко могли б забезпечити більше фосфору, ніж це відбувається природним чином на Землі - достатньо фосфору для створення біомолекул, які врешті-решт зібралися в живі, що розмножуються організми.
Фосфор є центральним у житті. Він утворює основу ДНК і РНК, оскільки з'єднує генетичні основи цих молекул у довгі ланцюги. Він важливий для метаболізму, оскільки він пов'язаний з основним життєвим паливом, аденозинтрифосфатом (АТФ), енергією, яка сприяє зростанню та руху. А фосфор - частина живої архітектури? саме фосфоліпіди складають клітинні стінки та кістки хребетних.
"За масою фосфор є п’ятим найважливішим біологічним елементом після вуглецю, водню, кисню та азоту", - сказав Меттью А. Пасек, кандидат доктора в кафедрі планетарних наук UA та Місячної та планетарної лабораторії.
Але там, де земне життя отримало фосфор, було загадкою, додав він.
Фосфор набагато рідше в природі, ніж водень, кисень, вуглець та азот.
Пасек наводить останні дослідження, які показують, що у Космосі є приблизно один атом фосфору на кожні 2,8 мільйона атомів водню, кожні 49 мільйонів атомів водню в океанах і кожні 203 атоми водню в бактеріях. Так само є один атом фосфору на кожні 1400 атомів кисню в космосі, кожні 25 мільйонів атомів кисню в океанах і 72 атоми кисню в бактеріях. Кількість атомів вуглецю та атомів азоту відповідно на один атом фосфору становить 680 та 230 у космосі, 974 та 633 в океанах та 116 та 15 у бактерій.
"Оскільки фосфор набагато рідше в навколишньому середовищі, ніж у житті, розуміння поведінки фосфору на ранній Землі дає підказки до життєвого начала", - сказав Пасек.
Найпоширенішою наземною формою елемента є мінерал під назвою апатит. При змішуванні з водою апатит виділяє лише дуже невеликі кількості фосфату. Вчені спробували нагріти апатит до високих температур, поєднуючи його з різними дивними, наденергетичними сполуками, навіть експериментуючи з невідомими на Землі фосфорними сполуками. Це дослідження не пояснило, звідки береться фосфор у житті, зазначив Пасек.
Пасек розпочав співпрацю з Данте Лауреттою, доцентом з питань планетарних наук, з ідеєю, що метеорити є джерелом живого фосфору Землі. Робота була натхненна попередніми експериментами Лауретти, які показали, що фосфор концентрується на металевих поверхнях, які роз'їдаються в ранній Сонячній системі.
"Цей природний механізм концентрації фосфору в присутності відомого органічного каталізатора (такого як метал на основі заліза) змусив мене думати, що водна корозія метеоритних мінералів може призвести до утворення важливих біомолекул, що містять фосфор", - сказала Лауретта.
"Метеорити мають кілька різних мінералів, які містять фосфор", - сказав Пасек. "Найважливіший, з яким ми працювали нещодавно, - це фосфід заліза-нікелю, відомий як шрайберзіт".
Шрайберсіт - це металевий склад, який надзвичайно рідкісний на Землі. Але він є повсюдним у метеоритах, особливо метеоритах заліза, які пересипаються зернами шрейберзиту або сколюються шриберзітовими жилками рожевого кольору.
У квітні минулого року Пасек, студентка Вірджинії Сміт та Лаурета змішали хріберберзит із кімнатною температурою, свіжою, деіонізованою водою. Потім вони проаналізували рідку суміш за допомогою ЯМР, ядерного магнітного резонансу.
"Ми бачили, як утворюється цілий ряд різних фосфорних сполук", - сказав Пасек. "Один з найцікавіших, що ми знайшли, - це P2-O7 (два атоми фосфору з семи атомами кисню), одна з найбільш біохімічно корисних форм фосфату, аналогічна тій, що знаходиться в АТФ."
Попередні експерименти формували P2-07, але при високій температурі або в інших екстремальних умовах, а не шляхом простого розчинення мінералу у воді кімнатної температури, сказав Пасек.
"Це дозволяє нам дещо стримувати, де могли виникнути джерела життя", - сказав він. "Якщо у вас буде життя на основі фосфатів, це, мабуть, мало б статися поблизу прісноводних регіонів, де недавно впав метеорит. Ми можемо зайти так далеко, може, як сказати, це був залізний метеорит. Метеорити заліза мають приблизно від 10 до 100 разів більше шрейберзіту, ніж інші метеорити.
"Я думаю, що метеорити були критично важливими для еволюції життя через деякі мінерали, особливо з'єднання Р2-07, яке використовується в АТФ, у фотосинтезі, у формуванні нових фосфатних зв'язків з органікою (сполуки, що містять вуглець) та в різноманітні інші біохімічні процеси ", - сказав Пасек.
"Я думаю, що одним із найбільш хвилюючих аспектів цього відкриття є той факт, що метеорити заліза утворюються в процесі планетної мінімальної диференціації", - сказала Лауретта. Тобто, будівельні блоки планет, які називаються планестемалами, утворюють як металеве ядро, так і силікатну мантію. Метеорити заліза являють собою металеве ядро, а інші види метеоритів, які називаються ахондритами, являють собою мантію.
"Ніхто ніколи не усвідомлював, що такий критичний етап еволюції планети може бути пов'язаний з початком життя", - додав він. «Цей результат обмежує те, звідки в нашій Сонячній системі та інших могло виникнути життя. Для цього потрібен астероїдний пояс, де планетесимали можуть вирости до критичного розміру? діаметром близько 500 кілометрів? і механізм руйнування цих тіл і доставки їх до внутрішньої сонячної системи ».
Юпітер рухає доставкою планетсималів до нашої внутрішньої сонячної системи, сказала Лаурета, тим самим обмежуючи шанси на те, що зовнішні планети та місяці Сонячної системи будуть забезпечені реактивними формами фосфору, використовуваними біомолекулами, необхідними для земного життя.
Сонячні системи, яким не вистачає об'єкта розміром з Юпітером, які можуть заважати астероїдам, багатим мінералами, всередину земних планет, також мають слабкі перспективи для розвитку життя, додав Лауретта.
Пасек розповідає про дослідження сьогодні (24 серпня) на 228-й національній нараді Американського хімічного товариства у Філадельфії. Робота фінансується за допомогою програми NASA «Астробіологія: екзобіологія та еволюційна біологія».
Оригінальне джерело: UA News Release
