Геологи из Университета Британской Колумбии и Оксфорда выяснили, почему концентрация бора в земных водах оставалась стабильной на протяжении почти четырех миллиардов лет — и почему именно это стабильное равновесие сделало возможным появление жизни на Земле. Статья опубликована в журнале Terra Nova.
В нужной концентрации бор необходим для жизни, без него не могут нормально расти растения, а в химии первичного бульона он помогал стабилизировать рибозу — сахар, из которого строится РНК. Но стоит концентрации бора немного вырасти, и он превращается в яд. Диапазон, в котором бор ведет себя как питательное вещество, а не токсин, очень узкий.
Авторы исследования установили, что ключевую роль в равновесии бора сыграло появление континентальной коры. Именно в ней распространены слюдяные минералы — биотит и хлорит, а они, как выяснилось, служат идеальной подложкой для роста турмалина — минерала, который «запирает» бор внутри горных пород на миллионы лет.
Механизм связан с явлением эпитаксии — когда кристалл одного минерала нарастает на поверхность другого, повторяя его структуру. Ученые исследовали образцы турмалина возрастом от 18 млн до 3,7 млрд лет — от гималайских гранитов до древнейших пород Гренландии — и обнаружили, что во всех случаях турмалин формировался именно на поверхности слюды. Такой способ кристаллизации снижает энергетический барьер образования турмалина на 92–99% по сравнению с его самостоятельным ростом.
До появления крупных континентов ранняя Земля не имела механизма для связывания бора. В результате концентрация этого элемента в древних морях была в тысячу раз выше, чем сегодня, а сам он существовал преимущественно в форме полибора — соединений, которые жизнь не умеет использовать. Когда около 3,7 млрд лет назад на поверхность вышли значительные массивы суши со слюдосодержащей корой, турмалин начал активно поглощать избыточный бор, концентрация в воде упала до нынешних ~4,4 мкг/г, и в гидросфере закрепились боратные формы, с которыми уже умеют работать живые организмы.
Исследователи также указывают, что этот механизм уникален для Земли. Марс, например, лишен перглиноземистой коры со слюдяными минералами, а значит, в его гидросфере — если она когда-либо существовала — бор, вероятнее всего, присутствовал в токсичных концентрациях.
Ранее международная группа исследователей представила доказательства того, что молекулы РНК — возможно, первые носители генетической информации на Земле — могли формироваться естественным путем около 4,3 млрд лет назад. Ключевую роль в этом процессе играли минеральные соединения бора (бораты) — элементы, которые направляли химические реакции в нужное русло и предотвращали образование бесполезных вариаций.
