Ученые повторили эксперимент о зарождении жизни на Земле
Ученые повторили эксперимент, который показал, как могла зародиться жизнь на Земле. И они обнаружили новую возможность. В фильме 1931 года “Франкенштейн” триумфальный вопль доктора Франкенштейна был захватывающим моментом во многих отношениях. Когда затрещали мощные разряды молнии и энергии, монстр Франкенштейна зашевелился на лабораторном столе, его труп ожил благодаря силе электричества. Электрическая энергия, возможно, также послужила толчком к зарождению жизни на Земле миллиарды лет назад, хотя и в несколько менее захватывающем виде, чем эта классическая сцена из фильма.
Земле около 4,5 миллиардов лет, а древнейшим прямым ископаемым свидетельствам древней жизни — строматолитам, или микроскопическим организмам, сохранившимся в слоях, известных как микробные маты, — около 3,5 миллиарда лет. Однако, рассказывает CNN, некоторые ученые подозревают, что жизнь зародилась еще раньше, возникнув из скопившихся органических молекул в примитивных водоемах - смеси, которую иногда называют первобытным бульоном.
Но откуда вообще взялся этот органический материал? Несколько десятилетий назад исследователи предположили, что молния вызывала химические реакции в древних океанах Земли и спонтанно приводила к образованию органических молекул.
Новое исследование, опубликованное на днях в журнале Science Advances, предполагает, что едва заметные “микроблески”, образующиеся между заряженными капельками водяного тумана, могли быть достаточно мощными, чтобы синтезировать аминокислоты из неорганического материала. Аминокислоты — органические молекулы, которые соединяются, образуя белки, — являются самыми основными строительными блоками жизни и могли бы стать первым шагом на пути к ее эволюции, поясняет CNN.
“Общепризнано, что для облегчения некоторых реакций на ранней Земле, которые привели к возникновению жизни, почти наверняка требовался энергетический катализатор”, - рассказывает астробиолог и геобиолог доктор Эми Джей Уильямс, доцент кафедры наук о земле Университета Флориды
“Молния, или, в данном случае, микроосвещение, обладает энергией, способной разрушать молекулярные связи и, следовательно, способствовать образованию новых молекул, которые имеют решающее значение для возникновения жизни на Земле”, - рассказывает доктор Уильямс CNN в электронном письме.
Чтобы воссоздать сценарий, при котором, возможно, возникли первые органические молекулы на Земле, исследователи опирались на эксперименты, проведенные в 1953 году, когда американские химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри создали газовую смесь, имитирующую атмосферу древней Земли. Миллер и Юри соединили аммиак (NH3), метан (CH4), водород (H2) и воду, заключили свою “атмосферу” в стеклянную сферу и воздействовали на нее электрическим током, производя простые аминокислоты, содержащие углерод и азот. Эксперимент Миллера-Юри, как он теперь известен, подтвердил научную теорию абиогенеза: жизнь могла возникнуть из неживых молекул.
По словам старшего автора исследования доктора Ричарда Заре, профессора естественных наук Маргарет Блейк Уилбур и профессора химии Стэнфордского университета в Калифорнии, для проведения нового исследования ученые вернулись к экспериментам 1953 года, но обратили свое внимание на электрическую активность в меньших масштабах. Доктор Заре и его коллеги исследовали электрический обмен между заряженными каплями воды диаметром от 1 до 20 микрон. (Толщина человеческого волоса составляет 100 микрон).
“Большие капли заряжены положительно. Маленькие капли заряжены отрицательно, - рассказывает доктор Ричард Заре CNN. – Когда капли с противоположными зарядами находятся близко друг к другу, электроны могут переходить от отрицательно заряженной капли к положительно заряженной”.
Исследователи смешали аммиак, углекислый газ, метан и азот в стеклянной колбе, затем распылили газы с помощью водяного тумана, используя высокоскоростную камеру, чтобы запечатлеть слабые вспышки микроблесков в парах. Когда они исследовали содержимое колбы, они обнаружили органические молекулы с углеродно-азотными связями. К ним относились аминокислота глицин и урацил, нуклеотидное основание в РНК.
“Мы не открыли никакой новой химии; мы фактически воспроизвели всю химию, которую Миллер и Юри провели в 1953 году”, - объясняет Заре. Команда также не открыла новой физики, добавил он — эксперименты были основаны на известных принципах электростатики.
“Мы впервые увидели, что маленькие капельки, когда они образуются из воды, на самом деле излучают свет и создают искру, - говорит Ричард Заре. – Это что-то новое. И эта искра вызывает все виды химических превращений”.
Молния - это яркое проявление электрической мощи, но она также бывает спорадической и непредсказуемой, отмечает CNN. По словам Заре, даже на нестабильной Земле миллиарды лет назад молнии, возможно, случались слишком редко, чтобы производить аминокислоты в количествах, достаточных для жизни, — факт, который в прошлом ставил под сомнение подобные теории.
Однако брызги воды были более обычным явлением, чем молния. Более вероятный сценарий заключается в том, что микроразряды, образующиеся из тумана, постоянно выбрасывали аминокислоты из луж, где молекулы могли накапливаться и образовывать более сложные молекулы, что в конечном итоге привело к эволюции жизни.
“Микрозаряды между явно заряженными микрокаплями воды образуют все органические молекулы, которые ранее наблюдались в эксперименте Миллера-Юри, - говорит Заре. - Мы предполагаем, что это новый механизм пребиотического синтеза молекул, которые составляют строительные блоки жизни”.
Однако, добавил ученый, даже с учетом новых открытий о микропросветлении, остаются вопросы о происхождении жизни. В то время как некоторые ученые поддерживают идею о том, что самые ранние строительные блоки жизни были заряжены электричеством, альтернативная гипотеза абиогенеза предполагает, что первые аминокислоты на Земле образовались вокруг гидротермальных источников на морском дне в результате сочетания морской воды, жидкостей, богатых водородом, и экстремального давления.
Еще одна гипотеза предполагает, что органические молекулы вообще возникли не на Земле. Скорее всего, они сформировались в космосе и были занесены сюда кометами или фрагментами астероидов - процесс, известный как панспермия.
“Мы до сих пор не знаем ответа на этот вопрос, - признает Заре. – Но я думаю, что мы ближе к пониманию того, что могло бы произойти”.
Хотя детали происхождения жизни на Земле, возможно, никогда не будут полностью объяснены, “это исследование открывает еще один путь для формирования молекул, имеющих решающее значение для возникновения жизни, - комментирует доктор Уильямс. – Вода - это вездесущий аспект нашего мира, отсюда и название "Голубой мрамор" для описания Земли из космоса”.
Комментарии