4 декабря, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Печальная судьба древних штурманов с хорошей баллистикой

В кембрийский период, 500 млн лет назад, в морях господствовала панцирная группа. Мягкие животные выделяют тела из металлической пасты, которые затвердевают в защитные оболочки невероятной прочности и декоративной красоты, некоторые в форме бараньих голов или орлиных крыльев, другие похожи на бокалы для шампанского, усеянные острыми как кинжал шипами.

Но к девонскому периоду, примерно через 70 миллионов лет, вымерла большая часть длинноногих теропод, бриопод, хорошо панцирных матросов, жертв грабежа и их дорогих способов.

как исследователи Недавно предложено В журнале «Тенденции в экологии и эволюции» крах империи брахиопод иллюстрирует конфликт, который определил жизнь с самого начала: поиски фосфора. Ученым давно известно, что элемент фосфор необходим на нескольких фронтах, и здесь он связывает воедино молекулу ДНК, приводя в действие каждое движение клетки. В новом отчете подчеркивается еще один способ, которым фосфат — химически полезная форма фосфора — сформировал ход эволюции как арбитр твердых частей природы, ее раковин, зубов и костей.

«Фосфор был украден позвоночными и костистыми рыбами», — сказал Питер Крафт, палеонтолог Карлова университета в Чешской Республике и автор нового отчета. «Как только это произошло, они быстро диверсифицировались и взяли верх». Доктор Сотрудничество Крафт с Мишелем Мергелем из Университета Западной Чехии.

Исследование является частью проекта «Возрождение исследований фосфатов», который охватывает разные дисциплины и временные рамки. Химики изучают, как фосфаты приправили пребиотический бульон, который в первую очередь дал начало жизни, в то время как материаловеды играют с элементом в поразительные новые цвета и формы.

«Если вы нагреваете фосфор в разных условиях, начинают происходить разные температуры, разные давления и странные вещи», — говорит Андреа Селла, профессор неорганической химии в Университетском колледже Лондона. «Вы получаете формы из красного волокна, черные металлические формы и фиолетовые формы». Вы также можете сложить слои атомов фосфора, а затем разделить их на очень тонкие гибкие листы, называемые фосфореном, и все это с целью управления потоком электронов и легких частиц, на которых основана технология. «Мы только что коснулись того, на что способен этот элемент, — сказал доктор Силла.

READ  Миссия NASA Artemis I собирается взорвать гигантскую ракету SLS к Луне.

Фосфор был открыт в конце 17 века химиком из Гамбурга Хеннингом Брандом, который случайно выделил его при поиске «философского камня», который превращал бы обычные металлы в золото. Экспериментируя с большим количеством золотой жидкости, которую он знает лучше всего — человеческой мочой, — он открыл клеймо со странным веществом, в котором не было никакого прикосновения Мидаса, но которое светилось в темноте, что привело к тому, что Бранд назвал его фосфором, что по-гречески означает «несущий свет».

Эта чистая форма элемента, называемая белым фосфором, оказалась токсичной и легковоспламеняющейся и поэтому использовалась на войне для изготовления трассирующих пуль, дымовых завес и зажигательных бомб союзников, которые опустошили родной город Брэнда во время Второй мировой войны.

WP также завоевал мрачную диккенсовскую славу в 19 веке, когда его добавили к кончикам спичек, чтобы производить спички «зажигай где угодно». Девушки и женщины, работавшие на плохо проветриваемых фабриках, производящих очень популярный продукт, иногда подвергались воздействию такого большого количества паров фосфора, что у них развивалась «тонкая челюсть» — ужасное состояние, при котором их десны опадали, зубы выпадали, а кости в челюстях расшатывались. . По словам историка Луизы Роу, борьба свах за более безопасные условия труда помогла стимулировать современное профсоюзное движение.

Чистого фосфора в природе не существует, но он связан с кислородом, как и фосфаты, и этот молекулярный союз, связь фосфор-кислород, «имеет фундаментальное значение для того, почему работает биология», — говорит Мэтью Боунер, химик-органик из Университетского колледжа Лондона. сказал. Организм накапливает и сжигает энергию, создавая и разрывая фосфатные связи, обнаруженные в небольшом денежном механизме клетки, молекулах аденозинтрифосфата, известного как АТФ. По словам доктора Боунера, процесс рециркуляции фосфатов неумолим, «по сути, каждый день превращая вес вашего тела в АТФ».

READ  Ледник Судного дня в Антарктиде может вскоре обрушиться: новое исследование

Фосфат соединяется с сахаром, образуя основу ДНК, где он содержит осмысленное расположение букв генетической информации, которое в противном случае превратилось бы в суп из алфавита. Фосфаты вступают в сговор с молекулами липидов, чтобы инкапсулировать каждую клетку бдительной мембраной, которая всегда определяет, что входит и чего следует избегать. Белки посылают сообщения друг другу, обмениваясь фосфатными пакетами.

За удивительным преимуществом фосфатов стоит отрицательный заряд, предотвращающий нежелательную утечку. «Вы можете только включить питание и выпустить его, когда захотите», — сказал доктор Боунер. «Он не будет просачиваться в окружающую среду». Напротив, по его словам, эквивалентная молекула на основе углерода, называемая карбонатом, легко растворяется в воде: «Если вы соедините ДНК с углеродом вместо фосфатов, она вся распадется». Доктор Боунер пошутил, что мы должны рассматривать жизнь на основе фосфатов, а не углерода.

Однако в отличие от других основных компонентов жизни — углерода, азота, кислорода и водорода — молекулы фосфатов не имеют газовой фазы. «Он слишком большой, чтобы летать», — сказал доктор Силла. Фосфаты вступают в игру жизни посредством эрозии горных пород, разложения организмов или экскрементов, таких как моча или гуано. Понимание влияния потоков фосфатов с течением времени является важной исследовательской задачей.

Одна затяжная загадка заключается в том, как ранняя жизнь началась с фосфатов. Учитывая важность фосфатов для всех аспектов биологии, примитивная водная среда, в которой возникли первые клетки, должна была быть богата фосфатами. «Однако большинство природных вод на Земле сегодня очень бедны фосфатами», — сказал Николас Тоска, геохимик из Кембриджского университета. «Мы ожидали, что то же самое произойдет на ранней стадии на планете Земля». Он объяснил, что, по его мнению, железо изолирует фосфаты.

READ  Новая технология может помочь решить загадку ДНК

Доктор Тоска и его коллеги из Кембриджа обратились к проблеме происхождения жизни. В исследовании, недавно опубликованном в Nature Communications,. Исследователи решили пересмотреть предположение, задав вопрос: а что было раньше, когда вокруг было гораздо меньше кислорода? Они знали, что кислород превращает железо в форму, сильно укладывающую фосфаты. Что произойдет, если из уравнения исключить кислород? Исследователи создали искусственную морскую воду в большом бескислородном перчаточном боксе и обнаружили, что, конечно, в этих условиях растворенное железо оставляет большую часть фосфата в покое, предположительно доступном для любых протоклеток по соседству.

В статье «Тенденции в экологии и эволюции» доктор Крафт аналогичным образом предположил, что кембрийские моря были относительно богаты фосфатами. На самом деле животные могут поглощать так много, что могут образовывать толстые и прочные раковины, подобные самой твердой ткани человеческого тела — фосфатной эмали наших зубов.

«Эти оболочки — огромное преимущество, — сказал доктор Крафт. Для сравнения, раковины современных моллюсков, сделанные из карбоната кальция, легко трескаются под ногами пляжей. Но по мере того, как моря переполнялись и появлялась костистая рыба, запасы фосфатов истощались, и брахиоподы уже не могли свободно искать то, что им нужно для постройки своего дорогого жилья. Костистые рыбы мудро использовали фосфаты в качестве строительного материала: зубы, несколько частей скелета, вот и все. Поскольку они находятся в движении, рыба может улавливать любые фосфаты и другие питательные вещества, которые отфильтровываются с суши в море, прежде чем они достигнут твердой, комковатой раковины внизу.

Среди фосфатов преобладали позвоночные, и теперь ничто не могло их остановить.