Ученые нашли неожиданный способ переработки редкоземельных элементов и раскрыли их роль в зарождении жизни

Исследовательская группа профессора Лены Дауманн из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне представила две работы, посвященные редкоземельным элементам (РЗЭ). Одна из них открывает путь к созданию новых методов переработки, а другая — меняет представления о химических процессах, которые могли привести к возникновению жизни на Земле.

Иллюстрация к исследованию редкоземельных элементов. Слева показаны новые пептиды, эффективно связывающие РЗЭ, справа — символическое изображение вопроса об их роли в происхождении жизни. Автор: HHU/Jonathan Gutenthaler-Tietze

Пептиды для переработки

В первой работе, опубликованной в журнале Angewandte Chemie, ученые создали короткие пептиды (цепочки аминокислот), вдохновленные природным белком ланмодулином. Эти искусственные пептиды демонстрируют аффинность (силу связывания) к редкоземельным элементам, которая на порядок выше, чем у их природного аналога.

«Разработка этих коротких пептидов на самом деле началась с синтезационной ошибки. Мы случайно изменили последовательность аминокислот. Интересно, что созданные таким образом пептиды показали аффинность к редкоземельным элементам, которая на порядок выше, чем у их природных аналогов», — объясняет ведущий автор исследования, доктор Софи М. Гутенталер-Титце.

Исследователи смогли оптимизировать свойства пептидов, добившись связывания в низком наномолярном диапазоне. Это открывает перспективы для создания устойчивых, биоинспирированных методов извлечения и рециклинга РЗЭ из отходов электроники, что снизит нагрузку на окружающую среду и повысит сырьевую независимость.

Роль в зарождении жизни

Вторая работа посвящена совершенно другому аспекту — возможной роли РЗЭ в пребиотической химии более 3,5 миллиардов лет назад. Ученые впервые систематически изучили, могут ли эти элементы катализировать реакции в условиях, имитирующих раннюю Землю.

«Редкоземельные элементы действительно могут катализировать ключевые химические реакции. Начиная с глиоксилата и пирувата — двух простых органических кислот, которые считаются потенциальными строительными блоками ранней жизни, — мы идентифицировали семь из одиннадцати промежуточных продуктов биологического цикла Кребса в присутствии редкоземельных элементов», — заявил ведущий автор исследования доктор Джонатан Гутенталер-Титце.

Цикл Кребса — центральный компонент энергетического обмена у всех живых существ. Оказалось, что даже очень низкие концентрации РЗЭ оказывают значительное влияние на формирование сложных реакционных сетей. Это открытие ставит ранее недооцененную группу элементов в фокус исследований происхождения жизни.

Больше информации:
Sophie M. Gutenthaler‐Tietze et al, Reversing Lanmodulin's Metal‐Binding Sequence in Short Peptides Surprisingly Increases the Lanthanide Affinity, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202510453
Jonathan Gutenthaler‐Tietze et al, Influence of Rare Earth Elements on Prebiotic Reaction Networks Resembling the Biologically Relevant Krebs Cycle, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202516853