Новости

Oct 06, 2023

Сможем ли мы воссоздать искру жизни на Земле?

Около 4,5 миллиардов лет назад новообразованная планета Земля была лишена животных, растений и бактерий. Однако всего несколько сотен миллионов лет спустя появились первые примитивные формы жизни. Как именно

Около 4,5 миллиардов лет назад новообразованная планета Земля была лишена животных, растений и бактерий. Однако всего несколько сотен миллионов лет спустя появились первые примитивные формы жизни. Как именно это произошло, является одной из величайших загадок науки, но мы, возможно, ближе, чем когда-либо, к выяснению того, что спровоцировало это. И теперь исследователи добиваются успехов в воссоздании этого процесса в лаборатории.

Когда планета впервые сформировалась, условия на Земле были слишком негостеприимны для жизни; сильные извержения вулканов выбрасывали в атмосферу сероводород, кислорода было мало, планета подвергалась частым бомбардировкам астероидов.

Однако мы знаем, что всего 200 миллионов лет спустя Земля была гораздо более гостеприимным местом. Записи окаменелостей показывают, что мир был полон простых одноклеточных организмов, существовавших примерно 3,7 миллиарда лет назад. Так как же появились эти первые формы жизни?

Существует мнение, что для существования жизни необходимы органические углеродсодержащие соединения, такие как метан, в сочетании с водой и источником энергии. Эта искра запустит химические реакции, необходимые для создания более сложных молекул, таких как аминокислоты — строительные блоки белков и РНК — нуклеиновая кислота, присутствующая во всех живых клетках и имеющая структурное сходство с ДНК. Но что дало искру и могли ли мы воссоздать ее?

Молнии

Одна из идей заключается в том, что интенсивное ультрафиолетовое излучение и молнии, присутствовавшие на ранней Земле, могли обеспечивать энергией аминокислоты, а затем молекулы, такие как ДНК и РНК, которые формировались в океанах.

Поддержка этой теории пришла в 1952 году, когда аспирант Чикагского университета Стэнли Миллер объединился с Гарольдом Юри, нобелевским лауреатом по химии, чтобы попытаться воссоздать атмосферные условия ранней Земли. Они вводили аммиак, метан и водяной пар в закрытый стеклянный контейнер, а затем пропускали через стакан электрическую искру, чтобы имитировать удар молнии. Удивительно, но аминокислоты образовались спонтанно. Однако более поздние исследования показали, что атмосферные условия, смоделированные Миллером и Юри, вряд ли существовали на Земле в то время. Другая проблема в том, что на протяжении четырех миллиардов лет планета была большей частью покрыта льдом, а молнии в таких условиях ударяют редко.

Вам также может понравиться:

Однако Джеффри Бада, бывший студент Миллера и профессор морской химии в Океанографическом институте Скриппса в Сан-Диего, считает, что эта молния могла образоваться внутри облаков вулканического пепла. Есть веские основания полагать, что такие условия вызывают сильные грозы. В 2022 году подводный вулкан Хунга Тонга-Хунга Хаапай в южной части Тихого океана извергся и выбросил в атмосферу смесь газов, пепла и паров морской воды на 33 мили (52,8 км). Результатом стали ошеломляющие 25 508 ударов молний всего за пять минут.

«На ранней Земле было множество небольших вулканических островов», — утверждает Бада. «Я подозреваю, что эти вулканы извергались довольно сильно, и их было много».

Правообладатель иллюстрации Getty Images Подпись к фото, Молния, поражающая определенные газы в водоемах, могла создать подходящие условия для создания аминокислот, строительных блоков белка

Вулканы выбросили бы в атмосферу такие газы, как угарный газ и водород. По мнению Бады, мощные молнии, сопровождавшие извержения, могли дать искру для преобразования этих газов в аминокислоты.

В недавнем исследовании Бада работал с коллегами из Мюнхенского университета в Германии, чтобы смоделировать вулканическую молнию в аппарате, содержащем окись углерода и газообразный водород.

«Я обработал результаты в своей лаборатории и, конечно же, обнаружил аминокислоты», — говорит Бада.

Аминокислоты первоначально образовались в атмосфере, а затем упали на склоны вулканов. Оказавшись там, они могли попасть в небольшие пруды и озера, где жизни было бы легче размножаться.

Это перекликается с более ранними аргументами о том, что жизнь не могла зародиться в открытом океане, поскольку любые производимые химические вещества на основе углерода немедленно уносились бы прочь и не подходили бы достаточно близко, чтобы вступить в реакцию с другими молекулами. Однако в неглубоких водоёмах солнечное тепло испаряет воду, в результате чего химические вещества, такие как цианистый водород, концентрируются вместе, что позволяет им чаще сталкиваться друг с другом. Исследователи воссоздали такой процесс в лаборатории, успешно создав три основных молекулярных строительных блока жизни — ДНК, белки и липиды — из цианистого водорода.