ТОП 10 лучших статей российской прессы за
Aug. 21, 2024

Фосфор для жизни из гренландских минералов

Рейтинг:

Автор: Татьяна Зимина. Наука и Жизнь

Фосфор — один из ключевых элементов, необходимых для возникновения и поддержания жизни. Считается, что фосфор, «пригодный» для зарождения живых организмов (пребиотический фосфор), должен находиться в растворимом виде и способен вступать в химические реакции. В современной земной коре этот элемент обычно присутствует в виде фосфатов, однако первые органические молекулы не могли образоваться из этих соединений. Минералы апатиты — наиболее распространённые на нашей планете фосфаты — умеренно растворимы, кроме того, фосфор в этих минералах находится в виде ортофосфат-аниона PO43-, который слабо биологически активен в отсутствии сложных органических комплексов.

Одна из основных моделей предполагает, что источником пребиотического фосфора могли быть фосфиды, которые содержат этот элемент в отрицательной степени окисления и легко окисляются до химически активных соединений. Но фосфиды почти не встречаются на Земле, так как образуются в резко восстановительных условиях. Поэтому на сегодняшний день преобладает мнение, что источником фосфора «для жизни» были метеориты.

Тщательные исследования вулканических пород острова Диско у западного побережья Гренландии, выполненные сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета и Удмуртского федерального исследовательского центра, дали основания думать, что не только метеориты, но и некоторые вулканические породы могли стать источником пребиотического фосфора.

Остров Диско — уникальный наземный объект, образовавшийся в результате восстановления базальтовой лавы в верхней части земной коры углеводородами. В его породах минералоги обнаружили целый комплекс фосфорсодержащих минералов в ассоциации с самородным железом. При этом среди них есть различные фосфиды, обычно характерные для метеоритов, — шрейберзит Fe3P, никельфосфид Ni3P, баррингерит Fe2P. По мнению исследователей, не только фосфиды, но и самородное железо с примесями фосфора могли быть источником пребиотической формы этого элемента.

Разнообразие наблюдаемых форм фосфора, как предполагают минералоги, можно объяснить резкими изменениями окислительно-восстановительных условий при подповерхностной кристаллизации (плавлении и восстановлении) железофосфидсодержащей лавы. А реакционноспособный доступный фосфор в условиях ранней Земли мог образоваться из неглубоких пород земной коры при их восстановлении в подземных условиях сильными восстановителями — углеводородами, метаном или водородом. Принято считать, что мантия Земли была окислена до современного уровня со времён архейского периода (4031—2500 млн лет назад), поэтому образование самородных железосодержащих вулканитов, скорее всего, произошло в катархее (4567—4031 млн лет назад). Высоковосстанавливающие условия, необходимые для образования самородного железа, могли быть достигнуты при ударах метеоритов, в результате которых может образовываться большое количество «органических» молекул (например, C2Hn/HCN). Этот изобилующий углеводородами слой впоследствии, возможно, действовал как сильный восстановитель и привёл к образованию богатого фосфором самородного железа и многочисленных фосфорсодержащих соединений в отрицательной степени окисления.

Подобное тщательное изучение вулканических пород острова Диско, выполненное впервые, выявило серию редких и необычных минералов (в том числе самородную медь, кубанит, кобальтпентландит и никельфосфид, которые ранее на Диско не встречались), помогло установить закономерности их формирования и сделать предположения о путях возникновения первых органических молекул.

В дальнейшем минералоги СПбГУ планируют изучить другие объекты с самородным железом, уделив особое внимание редким и необычным минералам. Так, в ближайших планах — исследование знаменитых месторождений самородного железа из Сибири.

Читать в оригинале

Подпишись прямо сейчас