teplenkij (teplenkij) wrote in otrageniya,
teplenkij
teplenkij
otrageniya

Category:

Жизнь зародилась в Атлантиде?

Какой вышел заголовок. Хоть сейчас в жёлтую прессу ставь аршинными буквами.
Только,  - скажете вы, - причем тут наши «Отражения», совсем Тёпленький с глузду сдвинулся, Атлантиду нам тут впаривает! Но обождите с вашими смирительными рубашками. Рассказ мой будет основан не на сообщениях из «Экспресс-газеты» и «Комсомолки», а на вполне авторитетных источниках. Кстати, об источниках.
Dq2L_G8WkAAi3at

Глубоководные геотермальные источники (точнее - гидротермальные поля)  давно привлекают внимание геохимиков и биологов. Самые распиаренные, это открытые ещё в 70-ых годах прошлого века «черные курильщики». Некоторые горячие головы готовы были сразу объявить их колыбелью жизни нашей планеты. Всего там в избытке, насыщенных солевых растворов, масса свободной энергии для протекания реакций и наличие нужных соединений никеля и железа для катализа, вот только температуры были некомфортные для органической химии, слишком высокие, и уж больно там жить было кисло. В смысле, pH среды сильно сдвинут в кислую сторону. Было бы чуток прохладней и пощелочней. И вот на рубеже тысячелетий учёные из США обнаружили в Атлантиде покинутый город…
Ну вот, - скажете вы – а мы тут уши развесили. Ладно, ладно развяжите меня, сейчас станет ясней. «Lost City», такое название за свой характерный внешний вид получило гидротермальное поле, обнаруженное в 2000 году на глубоководном разломе Атлантис – Атлантида.
«Лост Сити — это действительно «покинутый» или «потерянный» на глубине 1100 м «город» c остроконечными белоснежными башнями, сложенными каркасными агрегатами гидротермально-биогенных карбонатов кальция и творожистыми массами гидрооксидов магния на выходах теплых сероводород-водородных источников. Гигантские карбонатные колонны окружены руинами былых сооружений. Обломки карбонатных гидротермальных труб сползают по склонам подводных гор, постепенно растворяясь и рассыпаясь», писал о своем погружении геолог Валерий Масленников.

gazeebo_07_40_20_28

«… Батискаф начал движение от периферии поля до вершины первой большой сульфидной постройки. Постепенно светлые карбонатные осадки сменились ярко-желтыми илистыми продуктами окисления сульфидов с многочисленными необычно крупными трубками червей-полихет. Одиночные трубы «черных курильщиков» высотой не более метра извергают клубы черного дыма. Нижняя остывшая половина поверхности труб покрыта охристыми бактериальными обрастаниями, поверхность верхней половины — черная, раскаленная, без признаков жизни. На выступах серпентинитов находят свой приют гигантские глубоководные звезды. Чуть выше по склону окисленные сульфидные пески и гравий сменились нагромождениями метровых глыб осыпавшихся откуда-то сверху сульфидных труб»

lost_city_beehive

В общем, отыскав на дне океана новую игрушку, весь научный мир сильно удивился и только один человек скептически хмыкнул и сказал что-то вроде, «говорил я вам». То был британский (ну естественно!) учёный Майк Рассел плотно занимавшийся так называемым абиогенезом. Рассел одним из первых сформулировал гипотезу о том, что жизнь на нашей планете зародилась не в «свободноплавающих» коацерватах (как было написано и в вашем школьном учебнике биологии), а в гидротермальных источниках океанического дна, обеспечивающих необходимые для химической эволюции условия.

Carbonate-towers-in-hydrothermal-vents-at-the-Lost-City-site-on-the-floor-of-the

В конце 20 века классическая концепция «первичного бульона», т.е. набора простейших органических молекул, способных возникнуть химическим (абиогенным) путем, в котором через миллионы лет неспешного настаивания возникнут сначала простейшие сгустки концентрированного вещества – коацерватные капли академика Опарина, которые постепенно отрастят себе ложноножки и обрастут прочими биологическими удобствами, получила от физики серьезный удар поддых.  Термодинамические расчеты показывали, что брошенные на произвол судьбы ингредиенты «бульона» будут с течением времени только разлагаться. Регулярное нагревание этой смеси и пропускание электрических разрядов не поможет делу: «невозможно оживить труп, многократно пропуская через него электрический ток», как выразился по этому поводу биохимик Ник Лейн.

56
классическая схема возникновения жизни из "первичного бульона"

Абиогенез, если он возможен, должен протекать бодро, весело и с огоньком, точнее – с выделением энергии (то есть экзотермически). И не во всей массе океанской воды, а в очень ограниченном объеме, иначе реагенты не достигнут требуемой концентрации. Нужна клетка, а откуда же её взять неживому?
Исследуя под электронным микроскопом тонкие срезы пузырчатой породы, залегавшей неподалеку от ископаемого источника, обнаруженного в окрестностях деревни Тина в Ирландии, Рассел обнаружил, что крошечные полости в ней сходны по размеру и структуре с органическими клетками. Эти полости диаметром в одну десятую миллиметра или меньше оказались связаны друг с другом в сложную, похожую на лабиринт сеть. Учёный предположил, что такие минеральные клетки могут формироваться, когда жидкость из щелочного источника смешивается с кислой водой океана. Вскоре он успешно получил в лаборатории аналоги исследованной им пористой породы посредством смешивания щелочного и кислого растворов.
На роль первой предбиологической реакции Рассел предложил взаимодействие углекислого газа из «океанической» воды с водородом из воды «геологической». Эта реакция обладает нужными характеристиками: она протекает с выделением энергии и фиксирует углерод, в результате чего образуются простые органические молекулы, — например, метан или уксусная кислота. Процесс задействует вещества, которые, согласно всем представлениям геологии о ранней Земле, присутствовали в избытке, и, кроме того, реакция до сих пор используется — метаногенными и ацетогенными микроорганизмами, выделяющими метан и уксусную кислоту в качестве отходов.
Углекислота с водородом, однако, не реагируют самопроизвольно, необходим катализатор, а также небольшой приток энергии. Только тогда они соединятся друг с другом, выделив при этом несколько больше энергии. Ферменты, катализирующие эту реакцию в наши дни, работают за счет небольших центров, где сгруппированы железо, никель и сера, образуя структуру, очень похожую на один из минералов, встречающихся в гидротермальных источниках. Это заставляет предположить, что древнейшие клетки включили в свой состав уже готовый катализатор, и указывает на внушительный возраст этого метаболического пути. Энергия для реакции так же в достаточном количестве поступает из самих источников в форме химически активных свободных радикалов, которые приводят к образованию особого класса соединений – ацетилтиоэфиров.  Ацетилтиоэфиры примечательны тем, что они лежат в основе древней метаболической развилки, которую можно наблюдать и у современных организмов. Реакция углекислого газа с ацетилтиоэфиром - начало пути, ведущего к формированию молекул более сложных органических веществ. Эта реакция идет самопроизвольно и приводит к выделению энергии, а ее продуктом оказывается трехуглеродная молекула пировиноградной кислоты (пирувата). Иными словами, несколько простых термодинамически вероятных реакций и несколько реакций, катализируемых ферментами, работающими за счет сходных с минералами активных центров (что заставляет предположить “минеральные корни” этих ферментов), приводят нас непосредственно к метаболическому сердцу жизни – так называемому циклу Кребса, который начинается именно с пирувата.
F5.large
структура известковых образований Лост Сити

Щелочные термальные источники, подобные Лост Сити, которые фактически предсказал Рассел, по мнению многих учёных, вполне годятся на роль инкубатора жизни. Они составляют неотъемлемую часть системы, которая приводит в движение поверхность нашей планеты и поддерживает вулканическую активность. Они пребывают в неравновесном состоянии с океанами, непрерывно поставляя в них водород, реагирующий с углекислым газом с образованием органических веществ, служащих основой жизнедеятельности бактерий, населяющих «потерянный город». Известковые лабиринты пористых ходов, способствуют накоплению и концентрации молекул этих веществ, делая гораздо вероятнее сборку более сложных полимеров. Они долговечны: трубы Затерянного города, по оценкам геологов, действуют уже сорок тысяч лет - на два порядка дольше, чем большинство “черных курильщиков”. По современным воззрениям, подобных термальных полей было куда больше в древности, когда остывающая мантия планеты чаще непосредственно контактировала с водой океанов. Кроме того, океанская вода в те времена была насыщена железом, так что стенки микроскопических полостей в щелочных источниках должны были обладать каталитическими свойствами, поскольку состояли из содержащих железо и серу минералов. И первый живой организм на Земле, возможно, был не свободноживущей клеткой, а целым лабиринтом из минеральных клеток, стенки которого были выстланы каталитическим составом железа, серы и никеля, а термические и электрохимические перепады обусловленные дыханием самой Земли, обеспечивали необходимую для метаболизма циркуляцию жидких реагентов по системе полостей с каталитическими стенками.

fig3

Ссылки по теме:
Ник Лейн. «Лестница жизни»
Антон Чугунов. «К вопросу о происхождении жизни»
Валерий Масленников. «Гидротермальные руды Атлантики, или Погружение к неизведанному»
Александр Зайцев. «Белые братья чёрных курильщиков»
Deborah S. Kelley, Jeffrey A. Karson. «A Serpentinite-Hosted Ecosystem: The Lost City Hydrothermal Field»
Tags: !Выбор дня, !Наука, teplenkij, Загадки мироздания, Университет сообщества
Subscribe
promo otrageniya апрель 14, 06:25 62
Buy for 40 tokens
Привет всем участникам Отражений и нашим гостям! С настоящего момента вступают в силу изменения в правила, поэтому прошу авторов ознакомиться с нижеследующим. 1. Каждый участник может опубликовать один пост в день. Чтобы иметь возможность публиковать до трех тем в день, участник должен соблюсти…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 16 comments