Исследователи из университетов Амстердама и Утрехта наблюдали образование нанополостей в монтмориллонитовой глине под воздействием гамма-аминомасляной кислоты — молекулы, обычно встречающейся в метеоритах. Это ранее не признанное явление может быть связано с происхождением жизни на Земле, поскольку создаёт трёхмерные ограниченные наноокружения в глине, которые могли способствовать возникновению первых химических соединений, необходимых для жизни.
Описание исследования
Исследование, проведённое в рамках программы Planetary and ExoPlanetary Science Program (PEPSci) Нидерландского исследовательского совета NWO, добавляет новое измерение к концепции «тёплого маленького пруда». Этот первичный водоём мог бы обеспечить взаимодействие органических веществ и минералов в мелководной среде.
Каталитическое действие минералов могло привести к созданию первых молекул жизни из более простых органических строительных блоков. Было проведено много исследований взаимодействия глинистых минералов с органическими молекулами, особенно тех, которые могли привести к формированию биополимеров, подобных земным, таких как белки и РНК.
Однако ожидается, что добиотический молекулярный состав будет разнообразным, включая молекулы, попавшие в атмосферу Земли через метеориты. В новом подходе кандидат наук Орр Роуз Безалы и её руководители Хелен Кинг (Утрехтский университет) и Аннемике Петриджани (Университет Амстердама) сосредоточились на роли гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), небольшой молекулы, обычно встречающейся в метеоритах. Она не играет известной роли в синтезе белка и имеет лишь слабое взаимодействие с глинами.
Согласно Петриджани, ГАМК — это довольно «необычный подозреваемый» в вопросе происхождения жизни. «Однако из-за её широкого распространения в метеоритах мы решили, что было бы интересно изучить её потенциальную роль. Результаты нас действительно удивили».
Эксперименты в лаборатории
В лабораторных экспериментах исследователи подвергли обычную глину монтмориллонит (слоистый алюмосиликатный минерал) различным концентрациям ГАМК. Используя инфракрасную спектроскопию, рентгеновскую кристаллографию и просвечивающую электронную микроскопию, они обнаружили, что слабое взаимодействие ГАМК с глиной вызывает процесс частичной эксфолиации, при котором слои глины «отслаиваются». Этот процесс, который начинается в средних слоях глины, также коррелирует с образованием нанополостей между слоями глины.
По словам Петриджани, эксфолиация широко исследуется, особенно в материаловедении, но этот атипичный частичный эксфолиации ранее не рассматривался и является новым в области изучения происхождения жизни. «Мы первые, кто сообщил об этом, и мы думаем, что это может быть весьма актуально. Наблюдаемые нами нанополости могут способствовать компартментализации, что является фундаментальным требованием добиотической системы».
Оrr Роуз Безалы объясняет, что такие нанокомпартменты могут способствовать локальному неравновесию в более масштабной добиотической химической среде, стимулируя синтез важнейших молекул. «В добиотическом контексте это наиболее актуально для химии, требующей низкой активности воды, такой как полимеризация. Это должно быть как-то связано с компартментализацией — ещё одной критически важной функцией жизни».
«Наше открытие указывает нам на возможный путь исследований, направленный на понимание наномасштабных процессов, ведущих к возникновению жизни. Помимо этой области, метод эксфолиации, описанный в нашей работе, может быть использован в качестве устойчивого метода обработки глины для манипулирования и синтеза новых материалов».
Предоставлено Университетом Амстердама.