Органічні молекули, необхідні для енергетичного метаболізму, можна отримати в ході неорганічних реакцій.
Молекули, з яких складаються живі організми - нуклеїнові кислоти, білки, ліпіди - це дуже, дуже великі молекули. І навіть якщо ми розберемо їх на запчастини - а в нуклеїнових кислотах, білках і ліпідах можна виділити окремі будівельні блоки - то і «запчастини» все одно виявляться досить великими і складними молекулами. І якщо ми говоримо про походження життя на Землі, то повинні пояснити, як вони виникли. Зараз, коли біомолекули синтезуються в клітинах, їх роблять ферменти, тобто ті ж білки. Але в дуже давні часи ніяких ферментів ще не було.
І все ж складні молекули могли виникнути з дуже простих: не так давно хімікам вдалося показати, що «цеглу» для рібонуклеїнових кислот цілком можна отримати з дуже простих вихідних речовин: ціанистого водню (HCN) і сірководню (H2S); і що для того, щоб необхідні реакції відбулися, потрібні ультрафіолетове випромінювання і певні каталізатори, які цілком могли бути на тодішній Землі. Більш того, дослідникам вдалося показати, що з того ж ціаністого водню і сірководню можна отримати молекули-попередники для синтезу амінокислот (а значить, і білків) і ліпідів. (У деяких рецептах замість сірководню пропонують оксид сірки.)
Але життя - це не просто молекули, це ще й процеси, в яких вони беруть участь. Молекули взаємодіють один з одним, вступають в реакції, синтезують нові молекули, розщеплюють старі, і не просто так, а маючи на увазі відтворитися в наступному поколінні. Без спадковості, без передачі інформації з покоління в покоління ніякого життя не буде. Щоб все це відбувалося, потрібна енергія і будівельний матеріал. Можливо, те й інше молекули-предки брали від самих себе. А можливо, вони скористалися, як зараз кажуть, готовими рішеннями - в сенсі, вже наявними геохімічними реакціями.
Коли життя тільки зароджувалося, органіки в навколишньому середовищі було дуже і дуже мало - навряд чи ті реакції, які йшли з сірководнем і ціаністим воднем, могли доверху заповнити стародавній океан органічними молекулами. І життя, як би воно не виглядало в той час, потрібно було навчитися самій робити органічні речовини з неорганічних. Зараз це вміють деякі мікроби, що створюють органічні молекули з вуглекислого газу і водню: вони забирають електрони від Н2 і з їх допомогою монтують з СО2 складні конструкції в ході особливого ланцюга реакцій, який називається шляхом Вуда - Льюнгдаля. Важливо, що шлях Вуда - Льюнгдаля дозволяє одночасно перетворювати вуглекислий газ в органіку і отримувати енергію. Вважається, що гени, які потрібні для таких реакцій, були у найдавнішого спільного предка, від якого в кінцевому рахунку відбулися всі інші живі організми. Але шлях Вуда - Льюнгдаля у сучасних мікробів йде не сам по собі - його обслуговують цілих одинадцять білків.
Однак деякий час тому вдалося показати, що деякі молекули, які виходять в результаті подібних процесів, можна отримати за допомогою металів - заліза, нікелю і кобальту. Метали в природі зустрічаються зазвичай у складі мінералів, а мінерали з нікелем і залізом у потрібній хімічній формі в достатку попадаються біля гідротермальних джерел на дні морів. Гідротермальні джерела викидають із земної кори багато заліза, сірки, нікелю тощо, і водень у тому числі.
Дослідники з Дюссельдорфського університету разом з колегами з інших наукових центрів поставили експерименти з мінералами магнетитом і грейгітом, багатих залізом, і мінералом аваруїтом містять залізо і нікель; і магнетит, і грейгіт, і аваруїт, як можна здогадатися, є у гідротермальних джерел. У статті в Nature Ecology & Evolution говориться, що під тиском, що приблизно в 25,5 разів перевищує атмосферне, при температурі в 100 ° С всі три мінерали каталізують реакції, в яких з водню і вуглекислого газу виходить суміш органічних молекул, серед яких є піруват, ацетат і форміат (тобто залишки пировиноградної кислоти, оцти.
Піруват, ацетат і форміат - головні молекули будь-якого обміну речовин, вони знаходяться у вузлах різноманітних метаболічних шляхів, з їх допомогою відбуваються перетворення енергії, її видобуток з навколишнього середовища і запасання в зручній для життя формі. Те, що ці найважливіші метаболічні посередники вийшли в «неживих» умовах, ще раз говорить про те, що перехід від «неживої» хімії до біологічної еволюції, від нежиті до життя був цілком можливий.
Гідротермальних джерел у стародавньому океані було трохи більше, ніж зараз, і вони могли не тільки впливати на інформаційний відбір РНК, але і забезпечувати спочатку метаболічними напівфабрикатами життя, що зароджується. Можливо, перші молекули, які вчилися розмножуватися і еволюціонувати, користувалися продуктами геохімічних реакцій до тих пір, поки перші протоклітини не облаштували в собі необхідні енергетичні процеси.