Микрокапли воды могли решить парадокс зарождения жизни на Земле
Вода необходима для жизни, но её обилие на ранней Земле препятствовало образованию ключевых биомолекул. Этот парадокс возникает потому, что формирование белков, ДНК и сложных сахаров требует реакций конденсации, в ходе которых выделяется молекула воды (H2O). В водной среде «высыхание» и соединение аминокислот или нуклеотидов было крайне затруднено.
Традиционные гипотезы предполагали специфические условия для удаления воды: пересыхающие лужи, поверхности минералов, горячие источники или гидротермальные жерла. Однако новое исследование предлагает более универсальное решение — сами водные микрокапли.
Почему микрокапли?
Микрокапли (диаметром порядка микрона) были повсеместны на покрытой океанами ранней Земле — в морских брызгах и аэрозолях. Их ключевая особенность — огромное отношение площади поверхности к объёму. Граница раздела воздух-вода в микрокапле создаёт уникальную химическую среду: сильные электрические поля, частичную сольватацию, высокую реакционную способность и кислотность. Это ускоряет химические реакции в миллионы раз.
Экспериментальное подтверждение
Учёные распылили раствор аминокислот в виде микрокапель в масс-спектрометр. В условиях микрокапель две аминокислоты успешно соединялись, образуя пептидную связь. При столкновении двух струй распыла (моделирующем брызги волн) образовывались короткие пептидные цепочки длиной до шести аминокислот. Таким образом, поверхность микрокапель действовала как «сушильная площадка», позволяя идти реакции конденсации несмотря на присутствие воды.
Выводы и перспективы
Микрокапли в морских брызгах и атмосферных аэрозолях могли служить универсальными микрореакторами на ранней Земле, обеспечивая среду для сборки первых биомолекул. Сегодня это явление находит применение в drug discovery, где ускоренные в микрокаплях реакции (до одной в секунду) позволяют быстрее синтезировать и тестировать сотни тысяч соединений для поиска новых лекарств.