Обновлено 16.03.2011
Автор: Administrator
Армен Яковлевич Мулкиджанян
НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, School of Physics, University of Osnabruck, Germany
Фотосинтезирующие, ячеистые отложения сульфида цинка - колыбель жизни?Четверг, 17 марта 2011,
18.00 NB(!!) МГУ, лабораторный корпус "Б" (факультет биоинженерии и биоинформатики), комната 117
Armen Mulkidjanian
Belozersky Institute, MSU and School of Physics, University of Osnabruck
Photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth
Mы пытаемся реконструировать химические особенности как первых организмов, так и их окружения, анализируя свойства, общие для всех форм жизни.
Так, например, молекулы РНК и ДНК построены из нуклеотидов, которые чрезвычайно светоустойчивы. Это может означать, что отбор природных нуклеотидов происходил на солнечном свету, интенсивность которого в ультрафиолетовой (УФ) области - до появления кислорода и озона в атмосфере - была в десятки раз выше, чем сейчас. Результаты нашего кинетического моделирования показывают, что подобный УФ-отбор должен был способствовать накоплению РНК-подобных, фотостабильных полимеров.
Анализ содержания переходных металлов в современных клетках указывает, что образование первых клеток происходило в средах, обогащенных ионами цинка. Равновесная концентрация цинка в водах древнего, еще бескислородного океана должна была быть, однако, очень низкой, менее одного пикомоля (<10-12 М). Значительные количества цинка и других переходных металлов могли накапливаться только у геотермальных источников. Можно предположить, что на древней Земле очень горячие металлоносные жидкости могли, благодаря высокому давлению углекислой атмосферы, доставлять ионы цинка и на поверхность первых континентов, так что пористые, ZnS-содержащих осадки покрывали освещенные участки вокруг горячих источников. Будучи способными надолго запасать энергию света, кристаллы сульфида цинка, известного как "фосфор" (от слова "фосфоресценция" , являются наиболее эффективными природными фотокатализаторами широкого спектра действия. Частицы ZnS способны осуществлять абиогенный фотосинтез - восстанавливая углекислоту до моно-, ди-, три- и тетракарбоновых кислот с с эффективностью до 80%, а также катализировать различные синтетические реакции, включая фотополимеризацию.
Предлагаемый эволюционный сценарий позволяет делать проверяемые предсказания о роли ионов цинка в современных организмах. Он, в частности, предсказывает повышенное содержание цинка в наиболее древних клеточных структурах. Анализируя общедоступные базы данных, удается подтвердить эти предсказания, что может свидетельствовать о том, что эволюция первых форм жизни, вплоть до стадии общего предка всех клеточных организмов, проходила в фотосинтезирующих, ячеистых, богатых сульфидом цинка отложениях вокруг горячих источников. Ячеистые ZnS могли не только фотосинтезировать, но и служить матрицами для синтеза первых биополимеров, а также содействовать фотоселекции РНК-подобных макромолекул, защищая их от фотодиссоциации.
Mulkidjanian, A. Y., Koonin, E. V., Makarova, K. S., Mekhedov, S. L., Sorokin, A., Wolf, Y. I., Dufresne, A., Partensky, F., Burd, H., Kaznadzey, D., Haselkorn, R., and Galperin, M. Y. (2006), 'The cyanobacterial genome core and the origin of photosynthesis', Proc Natl Acad Sci U S A, 103, 13126-31.
Mulkidjanian, A. Y., Galperin, M. Y., Makarova, K. S., Wolf, Y. I., and Koonin, E. V. (2008b), 'Evolutionary primacy of sodium bioenergetics', Biol Direct, 3, 13.
Mulkidjanian, A. Y. (2009), 'On the origin of life in the zinc world: 1. Photosynthesizing, porous edifices built of hydrothermally precipitated zinc sulfide as cradles of life on Earth', Biol Direct, 4, 26.
Mulkidjanian, A. Y. and Galperin, M. Y. (2009), 'On the origin of life in the zinc world. 2. Validation of the hypothesis on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth', Biol Direct, 4, 27.
Mulkidjanian, A. Y. and Galperin, M. Y. (2010b), 'On the abundance of zinc in the evolutionarily old protein domains', Proc Natl Acad Sci U S A, 107, E37.
