Создание в лаборатории

Как железо в метеоритах могло способствовать зарождению жизни

Одно можно сказать наверняка: жизнь на Земле возникла очень рано в истории планеты Земля. Конкретных ответов на вопросы о том, как и где образовались первые органические молекулы, немного. Одна популярная теория предполагает, что питательной средой для жизни были гидротермальные источники глубоко под морем. Исследователи предлагают новый вероятный сценарий возникновения жизни на Земле: метеориты. Содержащееся в них железо могло сыграть решающую роль в формировании первых строительных блоков жизни.

Небольшой фрагмент железного метеорита Кампо-дель-Сьело. Тот же самый сильный жар, который частично расплавил метеорит, чтобы создать видимую здесь гладкую поверхность, также испарил и удалил железо, создав крошечные частицы нанометрового размера. Эти частицы могли действовать как катализаторы для создания строительных блоков жизни на ранней Земле.

© О. Трапп

Исследователи из Института астрономии Макса Планка и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана использовали эксперименты с метеоритами и вулканическим пеплом, чтобы показать новый способ формирования органических молекул в условиях ранней Земли. Ключевую роль здесь играют частицы железа из метеоритов и вулканического пепла, которые действуют как катализаторы. Катализаторы – это вещества, присутствие которых ускоряет определенные химические реакции, но не расходуются в процессе. В этом смысле они подобны инструментам, используемым в производстве, например, для сборки не одного велосипеда, а нескольких.

В этом случае вполне вероятно, что эти частицы железа могли способствовать образованию первых органических молекул из богатой углекислым газом первичной атмосферы, включая углеводороды, ацетальдегид или формальдегид. Эти вещества, в свою очередь, являются строительными блоками жирных кислот, азотистых оснований (которые сами являются строительными блоками ДНК), сахаров и аминокислот. Эти органические молекулы являются строительными блоками более сложных организмов. Их формирование было первым ранним шагом в последовательности событий, принесших жизнь на Землю. Для формирования первых (эукариотических) клеток потребовалось около 2 миллиардов лет.

Ключевым источником вдохновения для исследования послужила промышленная химия. Известно, что окись углерода и водород можно превратить в углеводороды с помощью металлических катализаторов. Процесс, стоящий за этим, называется процессом Фишера-Тропша. Оливер Трапп, профессор Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана и научный сотрудник Макса Планка в Институте астрономии Макса Планка, задался вопросом, не мог ли этот процесс происходить и на ранней Земле с атмосферой, богатой углекислым газом: «Когда я посмотрел на Учитывая химический состав железного метеорита Кампо-дель-Сьело, состоящего из железа, никеля, некоторого количества кобальта и небольшого количества иридия, я сразу понял, что это идеальный катализатор Фишера-Тропша», — объясняет Трапп. Следующим логичным шагом стали эксперименты по проверке космической версии Фишера-Тропша.

Дмитрий Семенов, сотрудник Института астрономии Макса Планка, задействовал вулканический пепел: «Когда Оливер рассказал мне о своей идее, моей первой мыслью было, что нам следует также изучить каталитические свойства частиц вулканического пепла. ранняя Земля, должно быть, была геологически активной». В атмосфере и на первых массивах суши Земли должно было быть много мелких частиц пепла.

Аспирантка Траппа София Питерс провела необходимые эксперименты в рамках своей докторской работы. Чтобы получить доступ к метеоритам и минералам, а также получить знания в области анализа таких материалов, она обратилась к минералогу Руперту Хохляйтнеру, эксперту по метеоритам в Минералогическом государственном собрании в Мюнхене. Для своих экспериментов они использовали частицы железа из железного метеорита, железосодержащего каменного метеорита или вулканического пепла с горы Этна. Частицы железа затем были смешаны с различными минералами, поскольку предполагалось, что они присутствовали на ранней Земле. Эти минералы служили опорной структурой, поскольку катализаторы обычно накапливаются в виде мелких частиц на подходящей подложке.