Вчені висунули нову теорію щодо походження життя на Землі, яка базується на концепції наноферментів.

Автори дослідження вважають, що природні каталізатори впливали на ранню хімію планети.

Науковці продемонстрували, як РНК могла з’явитися на початковій Землі, проте повного розуміння переходу від елементарної хімії до життя досі не існує. Одну з нових теорій висунув китайський дослідник Йондун Цзінь із Шеньчженьського університету, який запропонував нову концепцію походження життя на Землі. Відповідно до цієї теорії, важливу роль у формуванні перших біологічних молекул могли відігравати мінеральні наночастинки з ферментоподібними властивостями. На думку автора, саме такі структури могли поступово трансформувати прості неорганічні речовини в складні органічні сполуки. Про це повідомляє ScienceDaily.

Питання виникнення життя на Землі залишається однією з найбільших наукових загадок. Більшість дослідників погоджуються, що критичним етапом стало виникнення перших біополімерів та їхніх складових. Водночас механізм, завдяки якому набір простих неорганічних газів перетворився на перші живі системи, досі залишається незрозумілим.

Протягом останнього століття вчені висунули безліч теорій хімічної еволюції. Частина з них пояснює походження життя процесами, що відбувалися на самій Землі, інші пов’язують їх із космічним середовищем. Проте кожна з гіпотез має свої обмеження та базується на окремих експериментальних даних або теоретичних припущеннях. Хоча кожна з них пояснює певні аспекти проблеми, жодна не змогла запропонувати універсальну картину переходу від неживої матерії до живих організмів.

Саме тому професор Школи біомедичної інженерії Шеньчженьського університету Йондун Цзінь висунув нову концепцію, яку назвав “гіпотезою наноферментів”.

Вона передбачає, що важливу роль у виникненні та розвитку життя могли відігравати природні мінеральні наноферменти, а згодом — їхні органічні гібридні форми. На думку автора, саме ці структури були особливо значущими на ранніх етапах історії планети, коли з неживих речовин формувалися перші молекули, пов’язані з життям.

Згідно з гіпотезою, в умовах первісної Землі мінеральні наноферменти поступово перетворювали прості гази на дедалі складніші сполуки за допомогою поєднання фізичних та хімічних процесів. Основою такого механізму могла бути так звана неорганічна фотосинтеза.

Автор гіпотези виділяє кілька функцій природних наноферментів. Вони могли виконувати роль каталізаторів реакцій, забезпечувати зв’язування молекул на своїй поверхні, захищати речовини від ультрафіолетового випромінювання, брати участь у природному відборі молекул та регулювати потоки енергії. Виконуючи ці завдання, наноферменти могли використовувати природні джерела енергії, включаючи сонячне світло, тепло та електричні розряди.

Гіпотеза також припускає, що вони сприяли перетворенню енергії на молекулярну інформацію, яку можна було зберігати, відтворювати та передавати. Такі властивості вважаються однією з необхідних передумов для виникнення живих систем.

У новій моделі сама Земля розглядається як величезна природна лабораторія, яка протягом мільярдів років поступово створювала органічний світ із повністю неорганічного середовища. На думку автора, особливу роль могли відігравати температурні та тискові градієнти в надрах планети, а також райони активного вулканізму та геотермальні джерела. Саме там могли формуватися перші мінеральні наноферменти — метали, оксиди металів та сульфідні наночастинки.

Цікаво, що подібні підходи сьогодні використовуються в лабораторіях для синтезу штучних наноферментів. Протягом мільярдів років ця система могла поступово еволюціонувати, оновлюватися та ставати дедалі складнішою. Частина таких структур, ймовірно, згодом увійшла до складу живих організмів.

Автор вважає, що цей процес міг впливати як на еволюцію мінералів, так і на зміни навколишнього середовища, які полегшували розвиток передбіологічних молекул.

Сьогодні мінеральні наночастинки широко поширені в природі. Щороку через екосистеми проходять тисячі тераграмів таких частинок. Вони присутні в океанах, водоймах, атмосфері та ґрунтах і відіграють важливу роль у біогеохімічних циклах.

Зрештою автор сподівається, що гіпотеза наноферментів допоможе об’єднати різні теорії походження життя в єдину концептуальну модель та стане поштовхом для нових досліджень у цій галузі.

Нагадаємо, що питання виникнення перших молекул життя вчені також пов’язували з речовинами, які могли потрапити на ранню Землю з космосу. Британські дослідники Стівен Томпсон і Сара Дей із лабораторії Diamond Light Source з’ясували, що амінокислоти, необхідні для формування білків і ферментів, могли зберігатися на частинках міжзоряного пилу під час подорожі через ранню Сонячну систему. У лабораторному експерименті вони створили частинки аморфного силікату магнію, нанесли на них гліцин, аланін, глутамінову та аспарагінову кислоти й перевірили їхню стійкість до нагрівання, подібного до зближення пилу із Сонцем.