Ученые из Калифорнии установили, что цианид мог служить катализатором в процессах синтеза органических веществ из углекислого газа в условиях ранней Земли. Эта работа не только предлагает новый взгляд на возникновение жизни на нашей планете, но и способна оказать помощь в поиске внеземной жизни.
Сегодня цианид, или, точнее, группа цианидов, содержащих группу CN, у многих вызывает ассоциации с крайне токсичным бесцветным газом, смертельным ядом и даже химическим оружием. Действительно, многие цианиды обладают высокой токсичностью. Цианиды и их производные применялись во время Второй мировой войны в качестве боевых отравляющих веществ и продолжают использоваться для борьбы с различными вредителями, такими как мыши, крысы, койоты, опоссумы и муравьи.
Химики из Научно-исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) полагают, что цианид может не только приводить к смерти, но и играть роль в возникновении жизни. По крайней мере, именно такую точку зрения они отстаивают в своем новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemistry, исследователи продемонстрировали, что цианид мог играть роль в образовании органических веществ из углекислого газа около четырех миллиардов лет назад, в период формирования ранней Земли.
«При поиске признаков жизни, будь то на ранней Земле или на других планетах, ученые опираются на биохимические процессы, известные по современным организмам. Способность цианида катализировать метаболические реакции указывает на то, что жизнь может существовать в самых разнообразных формах. Об этом заявил Раманарайанан Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy), доктор философии (PhD), доцент кафедры химии Института Скриппса и ведущий автор новой публикации.
Зеленые серобактерии и другие современные бактерии используют химические реакции, известные как обратный цикл трикарбоновых кислот (также называемый обратным циклом Кребса или циклом Арнона), для создания органических соединений из углекислого газа и воды. Для осуществления всех этапов цикла требуется около десяти ферментов, которые катализируют превращения трикарбоновых кислот. Существует мнение, что обратный цикл Кребса мог происходить и на ранней Земле в процессе формирования первичных органических веществ. Однако эта гипотеза сталкивается со значительной проблемой: более 3,5 миллиарда лет назад, в период ранней Земли, не существовало сложных белков, которые сегодня служат катализаторами реакций обратного цикла трикарбоновых кислот.
Кришнамурти и его соавторы из Института Скриппса провели исследование, чтобы определить, способна ли простая молекула, существовавшая в древней атмосфере Земли, ускорять подобные реакции. В результате был найден цианид. Исследователи предположили, какие реакции мог бы катализировать цианид, и проверили свои гипотезы экспериментально. Эксперимент подтвердил предположения: реакции, схожие с обратным циклом Кребса, осуществлялись в присутствии цианида, который выступал в роли переносчика электронов между молекулами. Этот процесс был эффективен в широком температурном диапазоне (от комнатной температуры до 80 °C) и при различных значениях pH (от 3 до 9).
«Кришнамурти отметил, что пугало то, насколько это оказалось просто. — Нам не потребовались какие-либо особенные действия: мы смешали молекулы, дождались, и реакция прошла сама по себе».
Несмотря на то, что точные химические процессы, происходившие на ранней Земле, установить не представляется возможным, обнаружение новых реакционных путей может значительно углубить наше понимание потенциальной химии жизни, как на нашей планете, так и на других.