Одна из величайших тайн человечества связана с происхождением жизни на Земле. Учёным удалось установить, что жизнь на нашей планете зародилась примерно 3,8 млрд лет тому назад, однако дискуссии о том, как именно это произошло, точатся среди учёных по сей день. Одна из гипотез, согласно которой простейшие метаболические реакции впервые начали происходить вблизи древних горячих источников, ознаменовав тем самым переход от неживого к живому миру, стала особенно популярной в последние 2 десятилетия.
Недавнее исследование геохимиков Eoghan Reeves, Jeff Seewald и Jill McDermott из Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), которые первыми решились проверить фундаментальную гипотезу «метаболического начала», показывает, что весь процесс был не таким уж простым, как учёные предполагали ранее. Статья, посвящённая результатам исследования, была опубликована в «Рroceedings of the National Academy of Science».
В 1977 году учёные обнаружили биологические сообщества, обитающие вблизи гидротермальных источников, действующих на дне океанов, которые практически изолированы от солнечного света. «Питаются» такие биологические сообщества исключительно «химическим супом», богатым водородом, углекислым газом и серой, извергающимся из гейзеров. Вдохновлённые этими результатами, учёные вскоре выдвинули предположение, что условия гидротермальных источников обеспечивают идеальную среду со всеми «компонентами», необходимыми для зарождения микробной жизни на ранней Земле.
Центральной фигурой в этой гипотезе является простейшее серосодержащее соединение, получившее название «метантиол» — предполагаемый геологический предшественник фермента Acetyl-CoA, присущего многим организмам, в том числе и человеку. Учёные подозревали, что метантиол мог быть «активатором» возникновения жизни на Земле.
Reeves и его коллеги поставили перед собой цель — выяснить, мог ли метантиол сформироваться в современных «вентиляционных структурах» исключительно химическим способом без участия жизни? Мог ли метантиол выступать «мостом» между химическим неживым миром и первой микробной жизнью на планете?
Углекислый газ, водород и сульфид — это общие компоненты, присущие гидротермальным источникам срединно-океанических хребтов (также известным как «чёрные курильщики»). Казалось, что проверить эту гипотезы не составит труда, признается Reeves.
Учёных чрезвычайно удивили результаты проведенного ими исследования. Учёные измерили распределение метантиола в общей сложности в 38 гидротермальных источниках, различающихся своей геологической структурой, расположенных вдоль Срединно-Атлантический хребта, бассейна Гуаймас (Калифорнийский залив), Восточно-Тихоокеанского поднятия и Cpеднекайманcкого поднятия за период с 2008 по 2012 год.
По словам Reeves, некоторые системы чрезвычайно богаты водородом. Теоретически, огромные скопления водорода могут без труда генерировать метантиол, отмечает учёный. Жидкости были собраны в изобарные газонепроницаемые пробники (isobaric gas-tight samplers — IGTs), разработанные Jeffrey Seewald, которые позволяют поддерживать жидкости при их естественном давлении и проводить анализ растворённых в них газов.
Того изобилия метантиола, которое учёные ожидали найти в выборках, там не оказалось. По словам Reeves, выяснилось, что содержание метантиола совершенно не зависит от того, сколько водорода содержится в «черных курильщиках».
Удивительно, но в условиях низкой концентрации водорода, где содержание метантиола должно быть невысоким, его оказалось довольно много — больше, чем в выборках, характеризующихся высоким процентным соотношением водорода. А это полностью противоречит первоначальной теории о формировании метантиола. В целом это значит, что возникновение прото-метаболических реакций в богатых водородом гидротермальных система ранней Земли, вероятнее всего, происходило по более сложной схеме, нежели учёные предполагали ранее.
Исследователи обнаружили, что метантиол формируется в жидкостях с низкой температурой (ниже 200 С), там, где горячая вода «черных курильщиков» смешивается с холодной морской водой под океаническим дном.
Наличие прочих явных «маркеров» в этих жидкостях, таких как аммиак — побочный продукт распада биомассы — наводит учёных на мысль, что эти жидкости ответственны за «приготовление» существующих микробных органических веществ.
Учёные пришли к выводу, что метантиол не формируется исключительно химическим путём без участия жизни. Безусловно, это не очень хорошая новость для тех, кто возлагал надежды на гидротермальный прото-метаболизм, как на основной источник возникновении жизни. Учёные считают, что метантиол мог формироваться как продукт распада микробной жизни.
