Цианид мог сыграть ключевую роль в появлении жизни на Земле

Калифорнийские химики выяснили, что цианид мог выступать катализатором в реакциях синтеза органических соединений из углекислого газа на ранней Земле. Исследование не только позволяет по-новому взглянуть на зарождение жизни на нашей планете, но и может помочь в поиске жизни в других мирах.

Сегодня химическое соединение, известное как цианид (хотя правильнее было бы говорить о группе веществ — цианидов, содержащих в своем составе группу CN), у многих ассоциируется с очень токсичным бесцветным газом, смертельным ядом и даже химическим оружием. И правда, многие цианиды токсичны. Цианиды, а также их производные использовали во время Второй мировой войны как боевое отравляющее вещество, и они до сих пор помогают в борьбе со многими вредителями: мышами, крысами, койотами, опоссумами, муравьями.

Однако, похоже, что цианид может не только нести смерть, но и способствовать зарождению жизни. По крайней мере так считают химики из Научно-исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute). В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemistry, ученые показали, как цианид мог способствовать синтезу органических соединений из углекислого газа четыре миллиарда лет назад, во времена ранней Земли.

«Когда мы ищем признаки жизни — будь то на ранней Земле или на других планетах, — то основываем свой поиск на биохимии, которая, как мы знаем, существует в современных организмах. Тот факт, что те же самые метаболические реакции может катализировать цианид, показывает, что жизнь способна принимать самые разные формы», — комментирует работу Раманарайанан Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy), доктор философии (PhD), доцент кафедры химии Института Скриппса и ведущий автор новой статьи.

Некоторые современные бактерии, например зеленые серобактерии, используют ряд химических реакций, известный как обратный цикл трикарбоновых кислот (он же — обратный цикл Кребса или цикл Арнона), для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды. При этом для протекания всех реакций необходим с десяток ферментов, катализирующих превращения трикарбоновых кислот. Многие ученые полагают, что обратный цикл Кребса проходил и на ранней Земле при создании первых органических веществ. Но у этой гипотезы есть серьезная проблема: во времена ранней Земли (более 3,5 миллиарда лет назад) не существовало сложных белков, катализирующих сегодня реакции обратного цикла трикарбоновых кислот.

Кришнамурти и его коллеги из Института Скриппса решили узнать, могла ли какая-нибудь простая молекула, присутствовавшая в атмосфере ранней Земли, катализировать те же реакции. И она нашлась — молекула цианида. Ученые выдвинули гипотезу о том, какие реакции мог бы катализировать цианид, а затем проверили свои догадки в эксперименте. В итоге все получилось: реакции, аналогичные реакциям обратного цикла Кребса, проходили в присутствии цианида, который играл роль переносчика электронов между молекулами. При этом все работало в широком диапазоне температур (от комнатной до 80 °C) и значений pH (3-9).

«Было страшно, насколько это просто, — отметил Кришнамурти. — Нам действительно не нужно было делать ничего особенного: смешали эти молекулы, подождали, и реакция произошла самопроизвольно».

Автор добавляет, что невозможно точно узнать, какие химические процессы действительно проходили на ранней Земле. Тем не менее открытие новых путей протекания реакций позволит расширить представление о потенциальной химии жизни на нашей и других планетах.