Кальций как ключевой элемент в формировании древнейших молекул жизни: новые горизонты исследований
Недавнее исследование, проведенное учеными Токийского института наук о Земле и жизни, проливает свет на роль кальция в процессе формирования первичных молекулярных структур, необходимых для зарождения жизни. Эти открытия, опубликованные в авторитетном научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, поднимают важные вопросы о хиральности — свойстве молекул, характеризующем их «лево-» или «правосторонность».
Современная биология демонстрирует интересный феномен: все сахара в ДНК обладают правозамерностью, в то время как белки состоят из левозаменных аминокислот. Данная уникальная асимметрия, известная как гомохиральность, крайне важна для функционирования живых организмов, однако происхождение этого явления остается одной из самых обсуждаемых тем в научном сообществе.
В рамках исследования ученые провели анализ винной кислоты, которая имеет две формы хиральности, с целью выяснить, как условия ранней Земли могли способствовать образованию гомохиральных соединений. Существенным открытием стало то, что ионы кальция могут существенно влиять на процессы полимеризации — формирования длинных цепочек мостиков из молекул винной кислоты. В частности, чисто правозаменные или левозаменные молекулы легко образуют длинные цепи, в то время как смешанная форма сталкивается с трудностями в процессе полимеризации. Присутствие кальция меняет эту динамику, способствуя более легкому соединению различных форм молекул.
Ученые предполагают два механизма, посредством которых кальций оказывает своё влияние: во-первых, он образует кристаллы тартрата кальция, которые селективно удаляют определённые молекулы из раствора, в частности, в зависимости от их хиральности. Во-вторых, кальций изменяет химические условия, способствующие полимеризации оставшихся молекул винной кислоты, что может либо увеличить существующий дисбаланс хиральности, либо привести к однородности, необходимой для последующего формирования сложных биомолекул.
Интересным является вывод о том, что полиэфиры, простые полимеры, такие как винная кислота, возможно, были одними из первых гомохиральных молекул на планете, предшествовавшими нуклеиновым кислотам и белкам. «Обсуждая происхождение жизни, мы часто фокусируемся на биомолекулах, таких как нуклеиновые кислоты и аминокислоты. Однако наша работа предлагает новую перспективу: небиомолекулы, включая полиэфиры, могли сыграть ключевую роль в ранних этапах появления жизни», — комментирует доцент Тони З. Цзя, руководитель исследования.
Эти данные не только углубляют наше понимание истоков жизни на Земле, но также открывают новые горизонты для поиска жизни на других планетах. Ученые могут использовать полученные результаты для разработки методов поиска экзотических форм жизни с аналогичными химическими процессами, что существенно расширяет наши представления о потенциальных обитаемых мирах за пределами Земли.
В свете этих исследований становится очевидным, что ключ к разгадке тайны происхождения жизни может скрываться не только в известных биомолекулах, но и в более простых химических соединениях, таких как кальцийсодержащие полиэфиры.
