Ученые раскрыли возможный механизм появления кислорода на древней Земле

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Ученым известны общие черты того, как жизнь зародилась на primordial Земле, однако процессы, позволившие появиться кислородной атмосфере, такие как фотосинтез, развитие одноклеточных и многоклеточных организмов, все еще требуют изучения.

Организмы, способные «дышать» или использовать кислород, могли возникнуть уже 3,1 миллиарда лет назад. Однако Великое кислородное событие, когда свободный кислород в атмосфере резко увеличился, произошло лишь около 2,4 миллиарда лет назад. Тогда как же оксигенация произошла в эпоху задолго до появления растений?

Ифань Дай, доцент биомедицинской инженерии в Инженерной школе Маккелви при Университете Вашингтона в Сент-Луисе, исследует этот вопрос в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Дай и коллеги описывают, как в значительной степени упущенные из виду силы нековалентных взаимодействий, анион-пи, могут управлять «молекулярными сборками» — стартовым блоком для того, что станет протоклеткой, способной генерировать кислород, позволяя использовать свет для получения энергии.

«Это исследование демонстрирует правдоподобный путь того, как химия протоклеток обеспечивает источник электрохимической энергии, в конечном итоге увеличивая химическую сложность углеродной жизни», — сказал Дай.

На primordial Земле — представьте скалистую поверхность с туманным небом — формирование анион-пи-катионных триад, сборок отрицательно и положительно заряженных ионов, опосредованных пептидом на основе пи, заставляет слабо собранные молекулы становиться «микроразмерными сборками».

Это создает почву для типа электрохимических реакций, которые запускают выделение кислорода из молекул воды.

И по мере того, как биомедицинские инженеры, такие как Дай, больше понимают о том, как эволюция «создала» молекулы сегодняшнего дня, они могут использовать аналогичные методы для проектирования индивидуальных соединений, приносящих пользу здоровью человека и промышленности.

Больше информации: Xiaokang Ren et al, Anion–π interaction–induced phase separation as a prebiotic pathway to oxygenation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2508804122

Источник: Washington University in St. Louis