«Фосфор в эволюции нашей планеты: минеральные комплексы бассейна Мёртвого моря как модель пребиотических экосистем ранней Земли»
«Фосфор в эволюции нашей планеты: минеральные комплексы бассейна Мёртвого моря как модель пребиотических экосистем ранней Земли»
Санкт-Петербург
Фосфор относится к узкому кругу химических элементов, вероятно определивших возникновение жизни на нашей планете.
Проголосовало:
Поделиться в соц. сетях:

Автор проекта:

Бритвин Сергей Николаевич (руководитель проекта), Мурашко Михаил Николаевич, Вапник Евгений, Власенко Наталья Сергеевна, Кржижановская Мария Георгиевна, Верещагин Олег Сергеевич, Бочаров Владимир Николаевич, Ложкин Максим Сергеевич

Номинация:

Научное достижение

Наименование проекта:

«Фосфор в эволюции нашей планеты: минеральные комплексы бассейна Мёртвого моря как модель пребиотических экосистем ранней Земли»

Описание проекта:

Результаты исследований, представляемые на конкурс, были получены в рамках проекта Российского научного фонда «Природные фосфиды как индикаторы эволюции вещества планетарных систем» (2018-2020 гг.). Фосфор относится к узкому кругу химических элементов, вероятно определивших возникновение жизни на нашей планете. В живых организмах фосфор присутствует в виде неорганических веществ (как основа костной ткани – минерал апатит), а также в составе фосфорорганических соединений, преимущественно – эфиров полифосфорных кислот (фосфоэфиров). Фосфоэфиры являются составляющими ДНК, РНК, фосфолипидов и главного источника биохимической энергии – аденозинтрифосфата (АТФ). Образование фосфоэфирной связи (фосфорилирование) является энергозатратной реакцией, которая в биологических системах реализуется путём органического (ферментного) катализа. Однако, учитывая неорганическую (и значит, лишённую ферментов) эволюцию ранней Земли (4.0 – 2.5 млрд. лет назад), возникает вопрос: какие неорганические соединения фосфора могли участвовать в реакциях пребиотического фосфорилирования, давших начало примитивной жизни на нашей планете? Наиболее распространённая гипотеза рассматривает в этом качестве фосфиды – минералы фосфора, не содержащие кислород. Известно, что продукты окисления фосфидов могут участвовать в реакциях фосфорилирования. Ещё один класс мощных фосфорилирующих агентов – это циклофосфаты (полиметафосфаты) – соединения, в структуре которых несколько фосфо-кислородных блоков замкнуты в кольцо. Ранее было показано, что разрыв такого кольца в водной среде высвобождает химическую энергию, достаточную для инициации и поддержания процессов фосфорилирования в биомиметических условиях. Опубликовано много работ на эту тему, однако достаточно красивая гипотеза до сих пор упиралась в очевидное препятствие – отсутствие циклофосфатов в природе.
В результате изучения минеральных ассоциаций в породах бассейна Мёртвого моря (историческая область Южный Левант), авторы впервые открыли природные циклофосфаты. Минералы обнаружены в метаморфической толще, известной под названием Формация Хатрурим (или Пёстрая Зона) и развитой на площади 150 x 250 км2 с охватом территории Израиля, Палестины и Иордании. Авторами показано, что природные циклофосфаты из формации Хатрурим являются продуктами окисления ранее найденных здесь же фосфидов. Полученные результаты представляют собой «недостающее звено», обосновывающее возможность осуществления полного цикла реакций пребиотического фосфорилирования на ранней Земле. Это, в свою очередь, обосновывает возможность зарождения примитивной жизни при участии неорганических соединений фосфора.
Породы формации Хатрурим в Южном Леванте являются весьма молодыми в геологическом масштабе (не более 16 млн. лет). Однако авторами показано, что свита Хатрурим может рассматриваться как модельный объект, имитирующий процессы поведения пребиотического фосфора на всей поверхности примитивной Земли (в Архейскую эру, 4.0 – 2.5 млрд. лет назад).

География проекта:

Проект реализован на материалах, собранных в историческом регионе Южный Левант (Израиль, Иордания, Палестина). Однако в ретроспективе результаты исследований моделируют процессы, охватывавшие всю территорию ранней Земли в Архейскую эру.

Цели и задачи:

Целью проекта являлось выяснение возможной роли неорганических соединений фосфора в процессах, приведших к возникновению жизни на ранней Земле. Основной задачей являлось детальное исследование открытых авторами природных фосфид-фосфатных ассоциаций в метаморфических породах бассейна Мёртвого моря.

Итоги реализации:

За три года работ выполнен большой объём исследований, обосновывающих возможность возникновения примитивной жизни на Земле в результате реакций с участием неорганических соединений фосфора. Результаты исследований опубликованы в ряде международных журналов, в частности открытие циклофосфатов – в журнале Geology [Britvin et al. (2020): Cyclophosphates, a new class of native phosphorus compounds, and some insights into prebiotic phosphorylation on early Earth // DOI: 10.1130/G48203.1).

Сроки реализации:

Проект выполнялся в период 2018-2020 г.