Жизнь появилась благодаря железу

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Как на Земле зародилась жизнь? Этот вопрос не дает покоя ученым всех времен. Мы постоянно рассказываем о гипотезах, описывающих, как это случилось. Сегодня предлагаю вам еще одну.

Жизнь — это организованная органика. Чтобы могла появиться первая живая клетка на Земле, элементарная единица живого, должны были как минимум появиться строительные блоки, из которых клетка и построится. Например — для создания ДНК нужны нуклеиновые кислоты, для белков — аминокислоты, для мембраны клетки — липиды. И так далее.

Могло ли все это богатство получиться в результате химического преобразования воды и углекислого газа, которого было много в атмосфере древней Земли 4,4 миллиарда лет назад? Само по себе такое преобразование невозможно. Но вот в присутствии катализатора — почему бы нет? И здесь исследователей вдохновила промышленная химия, в которой 80%, то есть подавляющее большинство процессов, — каталитические.

Один из таких наиболее популярных и крупнотоннажных процессов в большой химии — процесс Фишера–Тропша. В этом процессе используются металлические катализаторы для получения углеводородов из окиси углерода и водорода. И возникает вопрос — могли ли на древней Земле найтись такие металлические катализаторы? Да. Большое количество частиц железа скопилось на Земле, благодаря метеоритам и вулканическому пеплу.

Когда исследователи внимательно изучили химический состав железного метеорита Кампо-дель-Сьело, им стало ясно, что его частицы могут служить идеальным катализатором для Фишера–Тропша, в котором сегодня используют катализаторы, содержащие железо и кобальт. Ну а пепла от вулканов на молодой Земле было в избытке.

И тогда немецкие исследователи из Мюнхена решили провести эксперимент (Scientific Reports). Ученые взяли образцы метеоритов, а также железосодержащий вулканический пепел с горы Этна и тщательно измельчили. А потом получившийся порошок поместили в реактор, в котором имитировали атмосферу ранней Земли — много углекислого газа и немного водорода.

От эксперимента к эксперименту меняли условия, соотношения компонентов. И усилия исследователей были вознаграждены. Действительно, в эксперименте начались каталитические реакции и образовались органические соединения — метанол, этанол, ацетальдегид и формальдегид, причем в значительных количествах.

А между прочим, ацетальдегид и формальдегид — это важные строительные блоки для жирных кислот, нуклеиновых оснований, сахаров и аминокислот. Причем результат воспроизводился при разных условиях, и это здорово, потому что мы точно не знаем, какие условия были на молодой Земле.

Все это дало основание ученым сделать вывод — на ранней Земле наверняка протекали каталитические реакции, которые производили органику для жизни, то есть предшественников биологических молекул. И главную роль в этих процессах играл катализатор — частицы железа из метеоритов и вулканического пепла.

Похоже железный век начался не в первом тысячелетии до нашей эры, а 4,4 миллиарда лет назад, когда на Земле только начала зарождаться жизнь.