|
Жизнь на Земле зависела от редкого металла
|
|
|
|
Совместная группа ученых обнаружила, что жизнь на Земле более трех миллиардов лет назад зависела от металла молибдена, которого в то время было невероятно мало в окружающей среде. Это исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, является первым, которое показывает, что молибден использовался древней жизнью так давно в истории нашей планеты.
|
|
|
|
Сегодня на Земле молибден помогает ускорить жизненно важные биохимические реакции в клетках. Этот металл является компонентом необходимых ферментов, которые управляют несколькими основными биологическими реакциями в организмах. Это важно не только для отдельных организмов, но и для биогеохимических циклов, таких как азотный цикл, которые влияют на всю нашу планету. Без молибдена эти важные реакции все еще могли бы происходить в природе, но они были бы слишком медленными для поддержания жизни.
|
|
|
|
"Молибден находится в каталитическом центре ферментов, которые запускают основные реакции с углеродом, азотом и серой", - пояснил Бетул Качар, руководитель лаборатории Kacar в Университете Висконсин-Мэдисон и старший автор исследования. Касар возглавляет MUSE, междисциплинарный консорциум астробиологических исследований НАСА (ICAR) в Калифорнийском университете в Мэдисоне.
|
|
|
|
"Вопрос о том, когда жизнь начала использовать молибден, на самом деле означает вопрос о том, когда стали возможны некоторые из наиболее важных метаболических стратегий", - сказал Касар.
|
|
|
|
|
|
|
В настоящее время молибден относительно часто встречается в окружающей среде, и его нехватка больше не является проблемой для жизни. Но так было не всегда.
|
|
|
|
Геологические данные свидетельствуют о том, что миллиарды лет назад в океанах Земли присутствовали лишь незначительные количества молибдена. Примерно в то время, когда микроорганизмы начали использовать фотосинтез, уровень молибдена повысился, что в конечном итоге привело к резкому увеличению количества кислорода в атмосфере (примерно 2,45 миллиарда лет назад). Это событие известно как Великое окисление и оказало глубокое влияние на эволюцию жизни. В предыдущем исследовании НАСА даже высказывалось предположение, что увеличение содержания молибдена в окружающей среде примерно в это время, возможно, было необходимо для эволюции сложной жизни.
|
|
|
|
Бросая вызов сюжетной линии "сначала был вольфрам"
|
|
|
|
Но когда жизнь впервые начала использовать молибден? Из-за его дефицита на древней Земле астробиологи задались вопросом, могла ли жизнь зародиться, используя другие металлы для ускорения жизненно важных реакций. Вольфрам, например, ведет себя подобным образом в клетках и сегодня используется некоторыми организмами, живущими в экстремальных условиях. Ранее ученые предположили, что жизнь, возможно, сначала использовала вольфрам, а затем, когда он стал более доступным, эволюционировала, чтобы использовать молибден. Новое исследование показывает, что это не обязательно так.
|
|
|
|
Команда ученых собрала доступные данные о распространенности молибдена во времени и реконструировала историю использования этого металла по ветвям древа жизни. Они обнаружили, что, хотя молибдена было мало, древние микробы на Земле все же нашли способ его использования. То же самое верно и для использования металлического вольфрама.
|
|
|
|
"Наша работа показывает, что как молибденовые, так и использующие вольфрам ферментные системы имеют архейские корни, что позволяет предположить, что в древности люди, вероятно, работали с обоими металлами, а не следовали простой схеме "сначала вольфрам, потом молибден", - сказал Качар. "Мы утверждаем, что использование молибдена намного древнее, чем предполагалось во многих моделях, а молекулярный анализ позволяет отнести использование молибдена к периоду от эоархея до мезоархея, примерно 3,7–3,1 миллиарда лет назад, задолго до Великого окисления".
|
|
|
|
Предыдущая работа MUSE ICAR, опубликованная в 2024 году, выявила определенные ниши, где ранняя жизнь, возможно, находила запасы молибдена и других редких металлов глубоко под океанами. Гидротермальные источники на морском дне содержат микроэлементы, включая железо, цинк, медь, никель, марганец, ванадий, молибден, кобальт и вольфрам.
|
|
|
|
"Даже если в архейской морской воде в целом содержалось мало растворенного молибдена, локализованные системы, такие как гидротермальные источники, все равно могли поставлять полезные количества молибдена и других металлов", - сказал Качар.
|
|
|
|
Новое исследование показывает, что даже среди множества других полезных металлов молибден почему-то был выбран в качестве металлического катализатора в первую очередь.
|
|
|
|
"Возможно, молибден стоило "выбрать", потому что он обеспечивает катализ в широком диапазоне субстратов и окислительно-восстановительных условий", - сказал Казар. "Другими словами, дефицит молибдена не сделал его неважным; его каталитические свойства, возможно, позволили разработать новые способы его приобретения и использования".
|
|
|
|
Ключи к поиску жизни
|
|
|
|
Исследование показывает, как жизнь может найти способ использовать элементы окружающей среды, даже если их недостаточно, и напоминает нам о том, что в поисках жизни за пределами Земли мы должны быть готовы к возможностям, которые мы еще не рассматривали.
|
|
|
|
Поиск жизни во Вселенной - это не просто составление списка условий, похожих на современную Землю. Изучение истории нашей планеты и эволюции жизни позволяет астробиологам увидеть периоды времени, когда Земля была совсем другой планетой, чем сегодня. Таким образом, мы получаем лучшее представление о количестве планет во Вселенной, которые могли бы быть пригодны для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
|
|
|
|
"Наш NASA ICAR показывает, что картографирование эволюционной истории жизненно важных элементов на Земле может помочь нам предсказать, что может использовать жизнь в других мирах, и что различные абиотические запасы могут привести к различному выбору биологических элементов", - сказал Касар. "Обнаружение жизни должно учитывать металлы, окислительно-восстановительные процессы и эволюцию. Мы должны искать не только "земную жизнь сейчас", но и биохимические стратегии, которые имели бы смысл на планете с другой историей насыщения кислородом и доступности металлов".
|
|
|
|
Источник
|
