Внутри некоторых из древнейших пород на Земле заключены ранее забытые нанокристаллы, которые рассказывают историю о том, как могла возникнуть жизнь. Новое исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Ученые-геологи из Университета Западной Австралии и Кембриджского университета говорят, что результаты их исследования могут объяснить, почему фосфор стал основным строительным блоком жизни и как молекулы впервые соединились вместе, чтобы сформировать примитивную РНК в гидротермальных источниках на морском дне.
Они исследовали под просвечивающим электронным микроскопом породы возрастом 3,5 миллиарда лет из региона Пилбара в Западной Австралии и обнаружили неожиданные минералы.
Пилбара известна тем, что в архейскую эпоху, когда жизнь только зарождалась, она сохранила в первозданном виде земную кору. Породы в этой области представляют собой капсулу времени, содержащую информацию о пребиотической химии.
Издалека тренированный глаз мог бы определить полосатую красную породу Пилбары как смесь очень тонкого кварца (содержащего кремний и кислород) и гематита (состоящего из железа и кислорода), комбинации, известной как джаспилит.
При ближайшем рассмотрении обнаруживается нечто удивительное; скрытые нанокристаллы с интересными свойствами. По слоям яшмы рассеяны мелкие частицы гриналита , минерала, содержащего железо, кремний и кислород, который мог быть выброшен из близлежащего гидротермального источника и осадился на морском дне миллиарды лет назад.
«Мы обнаружили спрятанные между более заметными оксидами железа (которые придают породе ярко-красный цвет) гораздо более обильные железные глины», — рассказал геолог Университета Западной Австралии Биргер Расмуссен. «Удивительно, что можно увидеть наночастицы в столь старых камнях, и отчасти это связано с тем, что они заключены в эти относительно химически инертные материалы».
На наноуровне структура гриналита необычна. Края частиц гофрированы из-за несовпадения в их кристаллической структуре между октаэдрическими слоями, богатыми железом, и тетраэдрическими слоями, богатыми кремнеземом.
«Он создает серию параллельных канавок по краям, которые имеют идеальный размер для таких вещей, как РНК и ДНК», — говорит Расмуссен, объясняя, что это делает наночастицы глины идеальным каталитическим инструментом для выравнивания компонентов этих биомолекул, чтобы они могли легко соединяться друг с другом.
Миллиарды лет назад гидротермальные источники могли образовать триллионы микроскопических частиц глины с бороздками, которые действовали как сборочные линии, концентрируя РНК или пре-РНК.
Гидротермальные источники, долгое время считавшиеся вероятным местом возникновения жизни, представляют собой идеальное место для этого процесса. Они постоянно пропускают морскую воду через магматические камеры и извергают горячие дымные шлейфы, наполненные питательными веществами, обратно в океан.
«Это прекрасное место для протекания химических реакций… потому что это области экстремальных градиентов», — говорит Расмуссен.
Ученые недоумевали, почему фосфор содержится во многих биологических структурах (включая ДНК, мембраны и липиды), несмотря на столь низкие концентрации этого элемента в океане.
Но присутствие фосфорсодержащего минерала фторапатита в породах возрастом в миллиарды лет дает потенциальное объяснение: гидротермальные источники могли быть ранним источником доступного фосфора.
Моделирование исследователей предполагает, что концентрация фосфора в глубоководной морской воде 3,5 миллиарда лет назад, вероятно, была в 10–100 раз выше, чем сегодня.
«Почему жизнь выбрала фосфор для столь многих важных биохимических процессов, включая производство генетического материала, когда сегодня в океане его так мало? Ответ может заключаться в том, что фосфора было гораздо больше во время зарождения и ранней эволюции жизни», — говорит Расмуссен.
