Гидротермальные источники — колыбель жизни на Земле?

Немецкие химики показали, что в гидротермальных источниках при температуре свыше 80 градусов может происходить абиогенный синтез органических веществ, в частности аминокислот, из угарного газа, цианистого водорода и других неорганических соединений. Это открытие — важный аргумент в пользу гипотезы, согласно которой жизнь на Земле зародилась в горячих вулканических источниках.

Химики из Мюнхенского технического университета (Department of Organic Chemistry and Biochemistry, Technische Universität München) показали, что в горячих вулканических источниках могут происходить химические реакции, в результате которых из неорганических соединений, таких как угарный газ (CO) и цианистый водород (HCN), образуются разнообразные органические молекулы, в том числе аминокислоты и простейшие липиды. Катализатором этих реакций служат присутствующие в гидротермальных водах твердые частицы, содержащие железо и никель. Реакции особенно хорошо идут при температуре 80–120 градусов. Условия, в которых проводились эксперименты, были максимально приближены к реальности. По мнению исследователей, такие условия (включая все компоненты реакционной смеси) вполне могли существовать в гидротермальных источниках на ранних этапах развития Земли.

Основным продуктом реакций были альфа-гидрокси- и альфа-аминокислоты с общей формулой R–CHA–COOH, где А соответствует гидроксильной группе –OH (гидроксикислоты) или –NH₂ (аминокислоты), а R — это один из радикалов H, CH₃, CH₃–CH₂, или HO–CH₂.

Основные химические реакции, ведущие к абиогенной фиксации углерода и синтезу органики, можно представить следующими формулами:
    (1)  CO + H₂O → CO₂ + 2H⁺ + 2e^–,
    (2)  2CN^– + 2e^– + 3H⁺ + 3H₂O → HO–CH₂–COO^– + 2NH₃,
    (3)  3CO + 6e^– + 5H⁺ + NH₃ → CH₃–CHNH₂–COO^– + H₂O.

Можно заметить, что эти три реакции взаимосвязаны: в первой из них образуются свободные протоны и электроны, необходимые для двух других, а во второй реакции (синтез гидроксикислот) образуется аммиак, необходимый для третьей реакции (синтез аминокислот). С повышением температуры растет общий выход конечных продуктов, а также доля аминокислот по отношению к гидроксикислотам.

В небольших количествах были получены и другие органические вещества, в том числе альфа-гидрокси-n-валериановая кислота и этиленгликоль. Присутствие среди продуктов реакций подобных молекул говорит о том, что абиогенный синтез липидов и сахаров в условиях гидротермальных источников, по-видимому, столь же реален, как и синтез аминокислот.

В отличие от других известных опытов по абиогенному синтезу органики, где не было железо-никелевых катализаторов и применялись «ударные» воздействия вроде электрических разрядов, в искусственно воссозданных условиях гидротермальных источников реакции протекали очень избирательно, упорядоченно, с выходом вполне определенных конечных продуктов и без образования «отходов» — инертных углеводородных смесей вроде дегтя или смол.

Открытие немецких химиков является весомым аргументом в пользу гипотезы, согласно которой жизнь на Земле могла зародиться в гидротермальных источниках.

Источник: Claudia Huber and Günter Wächtershäuser. α-Hydroxy and α-Amino Acids Under Possible Hadean, Volcanic Origin-of-Life Conditions // Science. 2006. V. 314. P. 630–632.

См. также:
1) Зарождение жизни (подборка литературы и популярный очерк А. Маркова по проблеме происхождения жизни).
2) В. Н. Снытников. Астрокатализ как стартовый этап геобиологических процессов. Жизнь создает планеты? (о возможности абиогенного синтеза в протопланетных облаках).

Александр Марков