生命を与えるリンの宇宙の歴史
その印象的な生物学的履歴にもかかわらず、リンは要素が行くように比較的アクセスできません。 リンがその顕著な役割をどのように得たかを理解するために、科学者たちは地球上および宇宙における初期の地球化学環境をモデル化しています。典型的なセルの中で最も一般的な要素は、水素、酸素、炭素、窒素、リンおよび硫黄である。
典型的なセルの中で最も一般的な要素は、水素、酸素、炭素、窒素、リン リンを除くこれらのすべては、太陽系で最も豊富な元素のトップ10にあります。 リンは17番で入ってきます。
“リンは、生物学におけるその存在に比べて宇宙的に最も豊富な元素である”と南フロリダ大学のMatthew Pasekは述べている。
リンのこの希少性は、リンの多くは、生命が困難を利用している特定の鉱物に閉じ込められている地球の表面上でさらに深刻です。
リンのでは、どのように人生はこの比較的まれな要素に依存するようになったのですか？
Pasekは、リンが初期の地球上での生活のために利用可能になるために取った可能性のある化学経路を説明するための努力に向かっています。 この研究は、NASAのExobiology and Evolutionary Biologyプログラムによってサポートされています。 リンは通常、カルシウムや鉄のような他の必須栄養素ほど注目されていませんが、要素Pは驚くほど広い範囲の生物学的分子に現れます。
まず第一に、リンはDNAおよびRNAの重要な構造要素です。
まず、リンはDNAおよびRNAの重要な構造要素です。
これらの遺伝分子の両方は、糖-リン酸骨格を有する。 リン酸塩（PO4）は、溶液中に電荷を運ぶ3つの酸素原子を有するため、一種の「超接着剤」として機能します。 これらの酸素原子のうちの2つは隣接する2つの糖とイオン結合を形成し、3番目の酸素はDNAまたはRNA分子全体を負に帯電させる負の電荷で「ダングリング」されたままである。 この全体的な電荷は、分子がその禁止された位置から漂流しないようにするのに役立ちます。
多くの分子がこの三電荷ジャグリング行為を行うことはできませんでした。 ヒ酸塩は一つの可能性があります。 最近、研究者のグループは、リン酸の代わりにヒ酸塩を使用することができる微生物を発見したと主張したが、論争はこの推定された発見について残っている。
“陪審員はまだヒ酸塩を超えていますが、選択肢が与えられたときにリン酸塩が最良の選択肢であることは明らかです”とPasekは言いました。
リン酸は、DNAのそれ以外の細胞で他の役割を果たしています。 これは、細胞内のエネルギー貯蔵の重要な形態であるアデノシン三リン酸、またはATPで三回表示されます。 多くの生物学的機能は、エネルギー移動における「通貨の分子単位」と呼ばれることが多いATPの分解（または燃焼）からのエネルギーを必要とする。「人体は毎日ATPで体重を作り、それを燃やします」とPasekは説明します。
リンは、骨や歯に非常に安定したリン酸鉱物であるアパタイトを含む脊椎動物においても重要な役割を果たしています。あなたのビタミンPを得る
その重要な役割のために、地球上のすべての生物はリンの源を見つけなければなりません。
あなたのビタミンPを得る
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人間や他の動物は、植物を食べることから（または植物を食べる動物を食べることによって）リンを得る。
人間や他の動物は、植物を食べることによ 植物は土壌からリン化合物を引き出しますが、これの多くは腐敗した有機物からリサイクルされた材料です。植物は土壌中の利用可能なリンのすべてをリサイクルすることができないので、そのうちのいくつかは流出を介して海に入ることになります。
そこでは、それは海洋生物によって使用されることができますが、最終的にリン酸塩は海底に沈降し、そこで岩の堆積物に組み込まれます。リンが不溶性鉱物に閉じ込められると、植物や他の生物が使用できる形に戻るのに非常に長い時間がかかります。
リンが不溶性鉱物に閉じ込めら 実際、リンサイクルは生物学的に重要な最も遅い元素サイクルの1つです。
リンを解放するために地質学的プロセスを待っていることに満足していない、人間は現在、”リン酸岩”を採掘し、化学的に肥料を作るためにそれを変そして、宇宙生物学者のための摩擦があります。
そして、宇宙生物学者のための摩擦があります。 最初の生命体は、それらにPが豊富な肥料を振りかける人を持っていなかったでしょう、それで彼らはどこから彼らのリンを得ましたか？
別のパス
地球の表面上のリンのほとんどは、リン酸塩のいくつかのタイプで発見されました。 Pasekが説明する理由は、リン酸塩が私たちの惑星の酸素が豊富な環境でPの最も低いエネルギー状態であるということです。 しかし、他の-より還元された-リン化合物も同様に存在する。
“還元リンはリン酸よりも化学的に反応性が高い”とPasek氏は述べている。 この余分な反応性は、リンが数十億年前の人生のゲームにその方法をこっそり助けている可能性があります。
還元リン化合物の例には、リン化物が含まれる。 これらの分子は、典型的には、ラット毒に見られるリン酸亜鉛またはシュライバーサイトと呼ばれるリン酸鉄-ニッケルのようなリンと金属の組み合わせ
地球にはリン化物がたくさん含まれていますが、そのほとんどはコアにあり、2,000マイルの岩の下に埋もれています。 表面には、最も一般的な天然に存在するリン化物の1つがシュライバーサイトであり、これは下からではなく上から隕石の形で来ています。
「地球から核物質を取り出すことはできませんが、隕石を作るために壊れた小惑星の核物質にアクセスすることができます」とPasekは言いました。
リン化物は、酸素が不足しており、金属が豊富であるところはどこでも形成する傾向があります。 したがって、ほとんどの天体のコアはリン化物を持っています。 リン化物はまた隣酸塩鉱物が電光か高エネルギーの影響によって打たれるとき形作ることができます。
Pasekと彼の同僚は、リン化物の地質学的サンプルを研究しており、彼らは地球の表面上のリン化物のほとんどが隕石から来たことを発見しました。 時間が経つにつれて、この材料の多くはリン酸塩に進化してきました。 チームは、現在地球上で発見されているリン酸塩の1〜10％が隕石から来たと推定しています。
時計を戻す
リン化物や他の還元リン化合物は、現在の生物学では主要な役割を果たしていませんが、生命がこの惑星に足場を作るのに苦労していたので、より顕著であったかもしれません。
コンピュータシミュレーションでは、Pasekと彼の同僚は、太陽系の初めから人生の初期段階までの異なる期間でP関連化学をモデル化しています。 彼らは地球に焦点を当てていますが、彗星や月のタイタンのように、P化学が重要であったかもしれない場所以外の場所も見ています。
彼らは、シュライバーサイトや他の隕石鉱物が水と有機分子の”原始スープ”に追加された実験で彼らのシミュレーションを強化しました。 この混合物は、生物学で見られるものと同様のいくつかの有機リン化合物を生成している。 例えば、研究者らは、ATPと同じ分子ファミリーに属する三リン酸塩を採取した。
“これまでのところ、私たちの実験は幸運でした”とPasek氏は述べています。
オリジナルレシピ？
彼らの仕事を通じて、Pasekのチームは、地球の地質学的歴史の最初の2億年を通じてリン化学景観を提供したいと考えています。 これは、いつ、どのように人生がこの要素に非常に強く依存するようになったのかを明らかにするのに役立ちます。
“人生へのリンの侵入の時間とモードは本当に興味深いパズルです”とGeorgia TechのNicholas Hud氏は言います。
Hudは、リンが人生の最初のレシピの成分の一つではなかったかもしれないと考えています。”核酸、タンパク質、脂質はすべてリンを使用していますが、それはより単純な分子の後の置換であると想像することができます”とHud氏は述べています。例えば、核酸では、リン酸の「接着剤」の役割は、今日でも生活の中で使用されている分子であるグリオキシル酸によって満たされている可能性があります。
Hudは、リンがいくつかの生物学的プロセスで微量元素として始まったかもしれないと考えており、後に人生はリンが人生のために持っているすべての
“lifeがリンの取り込み、さらにはリンの”収穫”を可能にする分子機械を開発すると、lifeはより高いレベルに移行しただろう”とHudは語った。 “リン酸塩の含有は、おそらく（それが非常に最初にそこになかった場合）生活の中で主要な進化の進歩を表し、したがって、生命の起源と初期の進化を理”
この物語は、NASA astrobiologyプログラムが主催するwebベースの出版物であるAstrobiology Magazineによって提供されました。p>