Как именно на Земле появились живые существа, остается загадкой. Теперь новый эксперимент показал, что потоки солнечных частиц могли запустить процесс, создав некоторые из основных компонентов жизни.
Еще до того, как появился первый микроб, должны были быть аминокислоты, которые, как считается, образовались в одном из первичных «булььонов» ранней Земли. Ранее бытовало мнение, что образование аминокислот возможно, ускорили молнии. Однако Кенсей Кобаяси из Йокогамского национального университета в Японии вместе с астрофизиком Владимиром Айрапетяном из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и командой исследователей из обоих институтов выдвинули другую гипотезу: возникновению жизни, вероятно, способствовали супервспышки на молодом Солнце.
«[Галактические космические лучи] и [солнечные энергетические частицы] от молодого Солнца представляют собой наиболее эффективные источники энергии для пребиотического образования биологически важных органических соединений», — заявили ученые в исследовании, опубликованном в журнале Life.
Точного ответа на вопрос о том, когда зародилась жизнь, нет, хотя ученые полагают, что первый организм на Земле появился где-то во время Гадейского эона (между 4 и 4,6 миллиардами лет назад). В 1953 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри из Чикагского университета провели эксперименты, которые показали, что молнии, в изобилии случавшиеся на Земле в ту эпоху, создали условия для химических реакций, которые привели к образованию аминокислот. В то время считалось, что атмосфера ранней Земли состояла в основном из водяного пара, водорода, аммиака и метана. Миллер и Юри смоделировали удар молнии в молекулы газа в лаборатории и получили аминокислоты.
Проблемы с гипотезой молнии начали возникать, когда более поздние исследования показали, что в атмосфере той Земли не было настолько много метана или аммиака, как предполагали Миллер и Юри. Вместо этого гораздо больше присутствовали углекислый газ и молекулярный азот. Молекулы этих газов должны быть расщеплены на атомы, чтобы происходили химические реакции, в результате которых образуются аминокислоты, а молния не может так легко их разрушить. Это означало бы гораздо меньшее количество аминокислот.
Химия высоких энергий
Изучая молодые далекие звезды с помощью телескопа НАСА «Кеплер», исследователи выяснили, как, скорее всего, вело себя зарождающееся Солнце: оно в буквальном смысле устраивало массовые истерики. Эти вспышки периодически обрушивались на Землю с достаточной энергией, чтобы расщепить атмосферные газы, существовавшие в то время.
Солнце Гадейского эона было молодым и темпераментным. На нем происходили супервспышки — даже солнечная вспышка X-класса не имеет ничего общего с этими явлениями. Сейчас супервспышки происходят раз в сто лет или около того, но тогда они, вероятно, случались не реже одного раза в неделю. Хотя более раннее исследование Айрапетяна предполагает, что наша звезда была на 30 процентов тусклее во время Гадейского эона, частые супервспышки были достаточно мощными, чтобы вызвать химические реакции.
Кобаяши тогда изучал влияние галактического космического излучения (излучения из-за пределов Солнечной системы) на атмосферу Земли миллиарды лет назад.
Кобаяши связался с Айрапетяном после прочтения исследования. Вместе они использовали ускорители частиц в Университете Йокогамы, чтобы исследовать, как протоны от солнечных супервспышек могли взаимодействовать с атмосферой Земли. Их команда смоделировала как солнечное излучение, так и молнию, бомбардирующую частицы газа в смеси, которая была аналогична атмосфере ранней Земли. Эти результаты также сравнивались с предыдущей работой Кобаяши, в которой использовались ускорители частиц для изучения реакций, запускаемых галактическим космическим излучением.
Исследователи обнаружили, что протоны, которыми они обстреливали эти газы (они были максимально близки к сгусткам плазмы, которые могли вырываться из молодого Солнца во время супервспышки), были более эффективны для создания аминокислот и одного из их компонентов, карбоновой кислоты, чем молния или галактические космические лучи.
«Мы впервые экспериментально показали, что скорость производства аминокислот и карбоновых кислот... благодаря протонному облучению может значительно превышать скорость производства этих молекул с помощью [галактических космических лучей] и [молний]», резюмировали исследователи.
Земля Гадейского эона также была холоднее, потому что Солнце было тусклее, а это означает, что вспышки молний, которые Миллер и Юри считали катализаторами аминокислот, были реже, чем сегодня.
Исследователи также считают, что высокоэнергетические солнечные частицы могли иметь некоторую роль в образовании аминокислот на Марсе. Прежде чем он потерял бо́льшую часть своей атмосферы, древний Марс был теплее, влажнее и имел более плотную атмосферу. Возможно, он был хотя бы временным пристанищем для жизни.
То, что превратило химические вещества в живые организмы, все еще ускользает от нас. Солнце, возможно, и не принесло жизнь на Землю, но жизнь каким-то образом стала такой, какая она есть, благодаря биомолекулам, которые помогло создать именно Солнце.
Ссылка на исследование: Life, 2023. DOI: 10.3390/life13051103
- Чтобы не пропустить новые публикации канала, подписывайтесь на нашу страницу в Телеграм. Там мы публикуем всё самое необычное, таинственное и загадочное.