Ученые из Амстердамского и Утрехтского университетов обнаружили необычное поведение глины под воздействием гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) — молекулы, часто встречающейся в метеоритах. Оказалось, что при контакте с этим веществом в минерале монтмориллоните образуются нанополости. Это явление раньше никто не описывал, а оно может быть ключом к разгадке появления жизни на Земле.

Монтмориллонит — это мягкая глина, состоящая из микроскопических слоев. Она похожа на стопку тонких листов, которые могут разбухать, впитывая воду, или сжиматься. Благодаря этому свойству ее используют в промышленности, например, для очистки масел или в косметике.

Результаты опубликованы в издании Communications Earth & Environment.

Исследование проводилось в рамках программы PEPSci Нидерландской организации научных исследований (NWO). Оно расширяет представления о «теплом маленьком пруде» — гипотетической среде, где миллиарды лет назад могли взаимодействовать органические вещества и минералы, создавая первые биомолекулы. До этого ученые изучали в основном глины и их роль в образовании белков и РНК. Но теперь взгляд сместился на ГАМК — небольшую молекулу, которая не участвует в синтезе белков и слабо связывается с глиной.

ГАМК — неочевидный кандидат на роль в зарождении жизни, — говорит Аннемике Петриньяни из Амстердамского университета. — Но раз она часто встречается в метеоритах, мы решили проверить, как она влияет на глину. Результат нас удивил!

В лаборатории глину обрабатывали растворами ГАМК разной концентрации.

С помощью инфракрасной спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии выяснилось: слабое взаимодействие кислоты с минералом вызывает частичное расслоение глины — ее пластинки «отслаиваются» изнутри, образуя нанополости.

Такое частичное расслоение раньше не изучали в контексте происхождения жизни, — объясняет Петриньяни. — Эти полости могли служить наноконтейнерами, в которых шла пребиотическая химия.

Аспирантка Орр Роуз Безали уточняет: такие нанополости создают локальные условия, отличные от окружающей среды.

Это важно для реакций, требующих малого количества воды, например, для образования полимеров.

Компартментализация — ключевое свойство жизни, и наше открытие предлагает новый путь для исследований, — говорит она.

Петриньяни осторожничает: пока рано делать громкие заявления. Нужно изучить, какие именно процессы идут в полостях, как из них выходят новые молекулы.

Мы видим потенциально важный механизм, но до окончательных выводов далеко.

Помимо фундаментального значения для понимания происхождения жизни, у работы есть практические перспективы:

• Нанотехнологии: метод контролируемого расслоения глины может применяться для создания новых материалов с заданными свойствами.
• Биотехнологии: если нанополости способны удерживать и концентрировать молекулы, их можно использовать в системах доставки лекарств.
• Астробиология: понимание взаимодействия метеоритных веществ с минералами поможет в поиске жизни на других планетах.

Исследование не отвечает на главный вопрос: как именно нанополости могли способствовать синтезу сложных биомолекул. Пока показан лишь структурный эффект, но не химические процессы внутри полостей. Кроме того, эксперименты проводились в идеализированных условиях, тогда как в ранней Земле могли мешать примеси, перепады температуры и т. д.

Ранее ученые выяснили, почему вода сопротивляется расщеплению.