Первые молекулы-предшественники нуклеиновых кислот получились не из сероводорода, а из диоксида серы.

Споры о происхождении жизни на Земле долгое время упирались в то, что невозможно было представить, как большие биомолекулы – белки, липиды и нуклеиновые кислоты – могли возникнуть из элементарного химического сырья.

В древнейшие времена химическое сырьё для синтеза биологических макромолекул могло прилететь на Землю с метеоритными дождями. (Иллюстрация NASA Goddard Space Flight Center / Flickr.com)

Даже если допустить, что первыми молекулами были рибонуклеиновые кислоты (так называемая гипотеза мира РНК), то все равно остается вопрос, откуда на молодой планете появились рибонуклеотиды – молекулярные «кирпичи», из которых состоят цепи РНК. Сейчас рибонуклеотиды синтезируют ферменты, но ведь в пра-пра-праисторические времена ферментов не было.

Однако не так давно химикам удалось показать, что «кирпичи» для рибонуклеиновых кислот вполне можно получить из очень простых исходных веществ: цианистого водорода (HCN) и сероводорода (H₂S); и что для того, чтобы необходимые реакции произошли, нужны ультрафиолетовое излучение и определенные катализаторы, которые вполне могли быть на тогдашней Земле. Более того, исследователям удалось показать, что из того же цианистого водорода и сероводорода можно получить молекулы-предшественники для синтеза аминокислот (а значит, и белков) и липидов.

То есть с химической точки зрения никаких препятствий для возникновения биомолекул не было. Но ведь те химические реакции шли не в лаборатории, а в конкретном земном ландшафте. И хотя мы говорим, что и сероводорода, и цианистого водорода на Земле было много, вовсе не факт, что их концентрации в древних морях хватало, чтобы начать формировать сырье для нуклеиновых кислот.

Например, сероводорода, который вылетал из извергающихся вулканов, и впрямь было очень много, но в воде он растворяется плохо – значит, он оставался преимущественно в атмосфере. А вот цианистый водород, в изобилии прилетавший на Землю вместе с кометами, легко переходил в море – но вряд ли в море хватало сероводорода на те самые замечательные реакции.

Однако кроме сероводорода в вулканических выбросах был и диоксид серы (SO₂), который как раз в воде растворяется хорошо. Ранее Раньян Сукрит (Ranjan Sukrit) и его коллеги из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и Массачусетского технологического института показали, что сульфитные ионы, появляющиеся в водном растворе диоксида серы, тоже могут участвовать в химических реакциях, в ходе которых получаются предшественники РНК. Более того, с сульфитами такие реакции идут в 10 раз быстрее, чем с сероводородом.

С помощью данных геологических исследований и математической модели, оценивающей интенсивность вулканических извержений в разные эпохи, удалось примерно рассчитать, сколько диоксида серы давали вулканы 3,9 млрд лет назад – именно тогда на Земле предположительно появилась какая-то жизнь.

В статье в журнале Astrobiology говорится, что в прибрежных водах (в лужах, оставленных приливами, и пр.) количество сульфитных ионов было вполне достаточным – его там было столько же, сколько в лабораторных пробирках, в которых исследователи синтезировали молекулы-предшественники РНК. (При этом в открытом океане концентрация таких ионов была явно недостаточной, что вполне понятно – там молекулы просто рассеивались в огромной массе воды.) Так что, возможно, в рецепте происхождения жизни на Земле стоит заменить H₂S на SO₂, потому что диоксида серы было не просто много – его было много в нужном месте, там, где он мог участвовать в формировании «преджизненных» молекул.

Конечно, говорить о том, что творилось в те далекие времена на Земле, можно только с определенной долей вероятности. Но при все при том возникновение жизни из элементарных химических соединений кажется все более вероятным.