Кальций: факты и фактики

Как кальций мешал зарождению жизни? В воде, где зародилась жизнь, должны были присутствовать в растворенном виде необходимые для нее элементы. Один из важнейших – фосфор: он входит в состав нуклеотидов, аминокислот, фосфолипиды образуют мембраны клеток, полифосфаты хранят энергию и участвуют в регулировании всей клеточной машинерии. В общем, без фосфора жизни нет, и нужно его много. И действительно, опыты по созданию условий, в которых может пойти небиологический синтез биологических макромолекул, показывают, что концентрация фосфора должна составлять единицы молей в литре. Однако в реально имеющейся на Земле воде его в миллион раз меньше микромоли; в такой, современной, воде жизнь зародиться не может, что мы и наблюдаем. А ограничивает эту концентрацию именно кальций: даже если в какую-то лужу притечет вода с большим содержанием фосфора, долго он в воде не продержится – часть его поглотят микроорганизмы, а остальное, связавшись с кальцием, выпадет в осадок в виде минерала апатита.
Казалось бы, кальций, который присутствует везде, стал непреодолимым препятствием на пути известной нам жизни. Ан нет, можно найти и на него управу: ведь у кальция есть другая нерастворимая соль – карбонат. И формирующий ее ангидрид угольной кислоты имеется повсеместно – это же углекислый газ, который прекрасно и в огромных количествах растворяется в воде. Получается, что надо лишь соблюсти должные пропорции химических веществ, чтобы карбонат выпадал в осадок, забирая с собой лишний кальций: тогда апатит не успеет образоваться, и фосфор в растворе сохранится. Для выпадения именно карбоната требуется, чтобы вода имела сильно щелочную реакцию либо чтобы углекислого газа в воздухе было много – примерно столько, сколько было в атмосфере древней Земли. Эти соображения привели Джонатана Тонера и Дэвида Катлинга из Университета штата Вашингтон к мысли об очередной колыбели жизни, о чем они поведали в январе 2020 года на страницах журнала «Proceedings of the National Academy of Sciences». По их мнению, это замкнутое содовое озеро с теплой водой: оно столь щелочное, что никакой углекислый газ не может его закислить. Кальций в таком озере выпадает в осадок, соединившись с углекислым газом, а концентрация оставшегося фосфора возрастет по мере испарения воды и в конце концов должна стать пригодной для синтеза кирпичиков жизни. Сейчас таких озер на Земле нет – самая высокая концентрация фосфора наблюдается в пересыхающих содовых озерах Британской Колумбии – Гуденаф и Ласт Чанс (в переводе: Вполне Хорошее озеро и озеро Последний Шанс): летом и осенью она достигает 50 миллимолей на литр – в 25 тысяч раз выше, чем в морской воде. Для зарождения жизни этого все равно мало, но как свидетельство того, что в прошлом такой механизм мог и сработать, вполне подходит.