Один из самых сложных вопросов науки звучит просто: как на Земле впервые появилась жизнь?
Учёные в целом согласны, что важным шагом стало появление первых биополимеров и их строительных блоков. Но до сих пор не ясно, как набор древних неживых химических веществ и газов смог превратиться в первые живые системы.
Проблема в том, что весь этот процесс невозможно увидеть напрямую. Его крайне трудно воспроизвести в лаборатории, а цепочка событий, которая привела к жизни, остаётся неполной.
За последнее столетие появилось много гипотез. Одни связывают происхождение жизни с химической эволюцией на Земле, другие — с процессами в космосе. Есть известные модели вроде “мира РНК”, “мира липидов”, “мира цинка”, “мира тиоэфиров” и других. Каждая из них объясняет часть картины, но ни одна пока не даёт полного и убедительного сценария.
Теперь профессор Юнъдун Цзинь из Шэньчжэньского университета предложил новую рамку — гипотезу нанозимов.
Что такое гипотеза нанозимов
Согласно этой идее, ключевую роль в зарождении жизни могли сыграть природные минеральные нанозимы. Это минеральные наночастицы с ферментоподобной активностью.
Автор предполагает, что на ранней Земле такие частицы помогали превращать простые древние вещества в более сложные молекулы, важные для появления жизни.
Главный процесс в этой версии описывается как “неорганический фотосинтез”. Под воздействием света, тепла, электричества и других природных факторов минеральные нанозимы могли постепенно запускать химические и физические превращения.
Иными словами, жизнь могла начать путь не с уже готовой органической системы, а с минеральных частиц, которые работали как природные катализаторы.
Земля как огромная химическая лаборатория
В этой гипотезе ранняя Земля выглядит как гигантская природная лаборатория.
Жёсткие условия, огромные промежутки времени, перепады давления и температуры, активные вулканы, горячие источники, реакции в лаве и гидротермальные процессы — всё это могло создавать подходящую среду для образования первых минеральных нанозимов.
Среди них могли быть металлы, благородные металлы, оксиды металлов и сульфидные наночастицы.
Автор отмечает, что похожие подходы сегодня используют в лабораториях для создания искусственных нанозимов.
На протяжении миллиардов лет такой “набор” минеральных наночастиц мог постепенно меняться, обновляться и становиться сложнее. Некоторые из них, по гипотезе, могли даже войти в состав живых организмов.
Так минеральная эволюция и изменения окружающей среды могли постепенно создавать всё более благоприятные условия для добиологических молекул и примитивной жизни.
Что могли делать древние нанозимы
Гипотеза приписывает минеральным нанозимам сразу несколько важных функций.
Они могли ускорять химические реакции, удерживать молекулы на своей поверхности, защищать их от ультрафиолета, участвовать в отборе нужных структур и помогать управлять потоком энергии.
Это особенно важно, потому что для появления живых систем мало просто создать сложные молекулы. Нужно, чтобы энергия начала превращаться в молекулярную информацию — в структуры, которые можно “читать”, “записывать” и копировать.
По версии автора, нанозимы могли быть одним из механизмов, который помог неживой химии приблизиться к этому уровню сложности.
Почему это вообще возможно
Минеральные наночастицы широко распространены в природе и сегодня. Они есть в океанах, воде, атмосфере и почвах, где участвуют в биогеохимических циклах.
Некоторые из них обладают естественной ферментоподобной активностью. Именно такие частицы и называют минеральными нанозимами.
Недавние открытия показывают, что природа может создавать такие материалы легче, чем считалось раньше. Наноматериалы могут самопроизвольно образовываться при выветривании минералов в заряженных водных микрокаплях или под действием ультрафиолета.
Солнечный свет и молнии тоже могли создавать условия для фотокаталитических и электрокаталитических процессов. Это могло поддерживать образование древних нанозимов, более поздних органических гибридных нанозимов и большого количества добиологических молекул на поверхности Земли.
“Золотой мир”
Одна из самых необычных частей гипотезы связана с наночастицами золота.
Автор предполагает, что защищённые монослоем золотые наночастицы могли быть одними из самых эффективных минеральных нанозимов. Эту идею он называет “Au world” — “золотой мир”.
Сегодня золотые наночастицы часто рассматривают как искусственные нанозимы. Но в новой гипотезе утверждается, что они могли быть геологически возможны и в естественных условиях ранней Земли.
Свободным золотым наночастицам было бы трудно долго сохраняться в первичном “бульоне”, потому что им обычно нужны органические покрытия на поверхности. Но если другие минеральные нанозимы уже помогли произвести небольшие молекулы, например тиолы и амины, золотые наночастицы могли закрепиться в более стабильной форме.
После этого они могли стать частью более широкой сети реакций, ведущих к появлению жизни.
Четыре условия для молекул жизни
Чтобы объяснить, как ранние молекулы могли отбираться и сохраняться, автор выделяет четыре важных условия:
циклы увлажнения и высыхания;
самосборка и самоорганизация;
каталитическая и протоферментная активность;
парное взаимодействие, симбиоз и стабилизация.
Вместе эти факторы могли быть необходимы для выживания и дальнейшей эволюции молекул, связанных с ранними этапами жизни.
Что даёт новая теория
Гипотеза нанозимов не пытается просто заменить все прежние идеи. Скорее она предлагает более широкую рамку, которая может связать разные версии происхождения жизни в одну картину.
Автор также рассматривает другие сложные вопросы: водный парадокс, роль микро- и наноструктуры поверхности Земли, свойства воды, циклы “сухо-влажно”, молекулярное сотрудничество, совместную эволюцию и физические аспекты происхождения жизни, включая происхождение хиральности биомолекул.
Главная идея в том, что ранняя Земля могла сама постепенно построить органический мир из полностью неорганической среды. А минеральные нанозимы могли быть одним из ключевых мостов между неживой химией и первыми живыми системами.
Пока это гипотеза, а не окончательный ответ. Но она предлагает новый взгляд на одну из самых давних научных загадок — как именно неживая материя на Земле могла начать путь к жизни.
