Роль метеоритного цианида в добиологической эволюции и зарождении жизни на Земле
Цианиды и окись углерода (угарный газ) — смертельные яды. Но соединения, содержащие железо, цианид и окись углерода, обнаруженные в углеродосодержащих (углистых) метеоритах, возможно, были важным фактором зарождения жизни на ранней Земле.
Научная группа, в которую вошли специалисты НАСА и Университета штата Айдахо в Бойсе (Boise State University), отмечает, что обнаруженные в метеоритах соединения схожи с активной частью ферментов — гидрогеназ. Гидрогеназы обеспечивают получение энергии бактериями и археями, разрушая газообразный водород (H2).
Результаты исследования показывают, что вышеназванные соединения присутствовали на ранней Земле (до появления жизни). Это период, когда на Землю постоянно падали метеориты, а атмосфера, вероятно, была более богата водородом.
«Когда большинство людей слышит о цианиде, они вспоминают шпионские фильмы — парень глотает таблетку, изо рта идёт пена, он умирает. Но цианид, вероятно, был важным соединением для создания молекул, необходимых для жизни», — замечает Карен Смит (Karen Smith), старший научный сотрудник Университета штата Айдахо в Бойсе.
Цианид (ион CN−, атом углерода, связанный с атомом азота) мог играть решающее значение для происхождения жизни, поскольку он участвует в небиологическом синтезе органических соединений, таких как аминокислоты и нуклеиновые основания, строительных блоков белков и нуклеиновых кислот, используемых всеми известными формами жизни.
Карен Смит — ведущий автор статьи, опубликованной 25 июня в Nature Communications.
Соавтор работы — Майк Каллахан (Mike Callahan), который разработал новые аналитические методы для извлечения и измерения древних следов цианида в метеоритах. Исследователи сообщают, что метеориты, содержащие цианид, принадлежат к группе богатых углеродом метеоритов — CM-хондритов. Другие типы изученных метеоритов, включая марсианский, не содержали цианида.
«Данные, собранные космическим кораблём НАСА OSIRIS-REx на астероиде Бенну, указывают на то, что он связан с CM-хондритами, — говорит ещё один соавтор работы, Джейсон Дворкин (Jason Dworkin), сотрудник НАСА. — OSIRIS-REx доставит образец материала Бенну для изучения на Земле в 2023 году. Мы будем искать именно эти соединения, чтобы попытаться связать Бенну с известными метеоритами и понять потенциальную возможность доставки пребиотических соединений, таких как цианид, которые, возможно, помогли зародиться жизни на ранней Земле или других телах Солнечной системы».
Цианид находили в метеоритах и раньше. В новой работе Смит и Каллахан показали, что цианид в метеоритах, наряду с оксидом углерода (CO), связывается с железом с образованием стабильных соединений. Они идентифицировали два различных комплекса цианокарбонила железа в метеоритах с помощью методов жидкостной хроматографии высокого разрешения/масс-спектрометрии.
«Одно из самых интересных наблюдений нашего исследования заключается в том, что цианокарбонильные комплексы железа напоминают части активных центров гидрогеназ, которые имеют очень чёткую структуру», — уточняет Каллахан.
Нераскрытая в подробностях тайна происхождения жизни заключается в том, как биология возникла из небиологических химических процессов. Сходство между активными участками ферментов гидрогеназы и цианидными соединениями, обнаруженными в метеоритах, позволяет предположить, что небиологические процессы в материнских астероидах метеоритов и на древней Земле могли бы создать молекулы, полезные для зарождающейся жизни.
«Цианид и окись углерода, прикреплённые к металлу, необыкновенны и редки в энзимах. Исключение составляют гидрогеназы. Когда вы сравниваете структуру этих комплексов цианокарбонила железа в метеоритах с этими активными местами в гидрогеназах, вы задаётесь вопросом, существует ли связь между ними, — говорит Смит. — Вполне возможно, что цианокарбонильные комплексы железа могли быть предшественниками этих активных центров, а затем включены в белки миллиарды лет назад. Эти комплексы, вероятно, также были источниками цианида на ранней Земле».