Доставили ли метеориты фосфор для жизни на Землю?

Метеориты, упавшие на Землю миллиарды лет назад, могли обеспечить фосфор, необходимый для биологических систем земной жизни. Считается, что метеориты содержали минерал шрейберзит, включающий фосфор, и ученые недавно создали его синтетическую версию, которая вступает в химические реакции с органическими молекулами, демонстрируя свой потенциал как питательного вещества для жизни.

Фосфор — один из важнейших компонентов жизни. Он помогает формировать основу длинных цепочек нуклеотидов в РНК и ДНК, входит в состав фосфолипидов клеточных мембран и является строительным блоком кофермента АТФ (аденозинтрифосфата), переносчика энергии в клетках. Однако большая часть земного фосфора представлена инертными, нерастворимыми в воде фосфатами, неспособными реагировать с органическими молекулами. Это противоречит его повсеместному присутствию в биохимии, поэтому возникает вопрос: как фосфор стал критически важным для жизни?

В 2004 году астробиолог и геохимик Мэтью Пасек из Университета Южной Флориды выдвинул идею, что источником фосфора для жизни мог быть шрейберзит [(Fe, Ni)₃P], содержащийся в метеоритах — от хондритов до палласитов. Фосфор в шрейберзите находится в форме фосфида (соединения с металлом), что делает его более реакционноспособным, чем земные фосфаты.

В новой работе, опубликованной в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, Пасек и ведущий автор, геохимик Никита Ла Круз из Мичиганского университета, показали, как синтетический шрейберзит, включающий никель, реагирует с водой. При испарении воды на поверхности минерала образуются фосфор-кислородные (P–O) связи, делая фосфор биодоступным. Эти данные снимают сомнения в способности метеоритного шрейберзита стимулировать органические реакции. Как поясняет Пасек, первый шаг к интеграции фосфора в биологические системы — это образование связи P–O.

Терри Ки, геохимик из Университета Лидса, отмечает, что эта «никелевая» версия синтетического шрейберзита реагирует практически так же, как и предыдущие формы без никеля, что опровергает критику более ранних экспериментов.

Пасек описывает сценарий, при котором метеориты падали в мелкие водоемы на древней Земле. Циклы испарения и повторного наполнения водой были ключевыми для химических реакций: при высыхании молекулы объединялись в более длинные цепи, а при возвращении воды эти цепи становились подвижными и взаимодействовали друг с другом. Этот процесс мог привести к образованию сложных полимеров, например, РНК.

Однако, как указывает Ки, метеоритная гипотеза — не единственная. Конкурирующей моделью являются гидротермальные источники на дне океана, где могут формироваться железо-никелевые сплавы, подобные аваруиту. Ученые ищут доказательства образования шрейберзита в таких условиях. Пасек согласен, что тепло гидротермальных источников, способствующее испарению воды, также могло создавать благоприятную среду для фосфорной химии.

Оба исследователя допускают, что оба механизма — метеориты в мелких водоемах и глубоководные гидротермальные источники — могли работать одновременно, поставляя фосфор для жизни на молодой Земле. Результаты также показывают, что реакционная способность шрейберзита возрастает с повышением температуры, что могло быть важно для более теплой ранней Земли.