Эксперты доказали, что химические процессы, вызванные светом и газами, привели к образованию аминокислот и важных соединений
Поиски происхождения жизни обычно продвигаются небольшими шагами и сопровождаются неожиданными отступлениями. На протяжении десятилетий ученые из разных дисциплин пытаются воссоздать условия, которые позволили неживой материи превратиться в химически активную, а затем и в первые организмы.
В двух недавних исследованиях, опубликованных в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые из Университета Колорадо и NASA показали, что атмосфера молодой Земли могла производить молекулы на основе серы, которые сыграли роль в зарождении жизни.
Это открытие предлагает иное видение первых биологических моментов планеты. По мнению авторов, химия атмосферы породила аминокислоты и другие важные соединения, которые затем попали в океан или почву с дождем, что на раннем этапе питало зарождающуюся экосистему.
Первобытная атмосфера как химическая фабрика
Первое исследование описывает, как это открытие подрывает одно из основных предположений: что молекулы серы не существовали до появления жизни. Но новые эксперименты показывают, что сама планета могла их производить. Чтобы это доказать, исследователи воссоздали атмосферу Земли миллиарды лет назад с помощью комбинации света и простых газов. Смесь содержала метан, углекислый газ, сероводород и азот, а также условия, имитирующие энергетический вклад, который могло бы дать Солнце в тот период.
Использование серы было не простым делом. Элли Браун, главный автор работы, объяснила, что этот элемент легко прилипает к оборудованию, а его концентрация в атмосфере обычно очень низкая. Поэтому потребовался масс-спектрометр с исключительной чувствительностью. Аппарат позволил идентифицировать химические соединения, которые до сих пор казались невозможными для получения вне биологической среды.
Результат удивил даже саму команду. В ходе моделирования были получены аминокислоты, такие как цистеин и таурин, а также кофермент М, который играет ключевую роль в метаболических процессах современных микроорганизмов. Это разнообразие биомолекул возникло в результате эксперимента, целью которого быловоспроизвести атмосферу, насыщенную простыми газами, без организмов и без стимулов, требующих сложной химии. Это открытие предполагает, что древняя атмосфера имела гораздо большую продуктивность, чем считалось ранее.
Команда не ограничилась наблюдением за молекулами в лабораторной пробирке. Она адаптировала данные, чтобы оценить, сколько цистеина могла бы произвести вся атмосфера планеты. Расчет дал огромное число: достаточное для питания около октиллиона клеток. Хотя это значение меньше по сравнению с общим количеством клеток на Земле в настоящее время, оно представляло собой огромное количество для сценария без жизни. По словам Нейта Рида, первого автора исследования, «этого могло бы хватить для зарождающейся глобальной экосистемы, где жизнь только начинается».
Второе исследование из этой серии расширяет интерпретацию. Рид утверждает: «Наша работа может помочь нам понять эволюцию жизни на ее ранних этапах». Это утверждение имеет вес, потому что атмосферные модели предыдущих десятилетий не смогли обнаружить значительных количеств этих биомолекул. Даже когда они появлялись, они образовывались в слишком специфических условиях, которые было трудно найти в широком масштабе на первобытной планете.
Новый эксперимент опровергает это ограничение. Соединения возникали без каких-либо особых требований. Для Брауна объяснение очевидно: «Раньше мы думали, что жизнь должна была начинаться с нуля, но наши результаты показывают, что некоторые из этих более сложных молекул уже были широко распространены в неспецифических условиях, что могло способствовать развитию жизни».
Последствия для поиска жизни за пределами Земли
Это открытие меняет способ интерпретации химических сигналов на других мирах. Когда космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил диметилсульфид на экзопланете K2-18b, многие сочли это явным признаком жизни.
На Земле эта молекула ассоциируется с деятельностью водорослей. Однако в предыдущих работах Браун и Рид смогли синтезировать диметилсульфид с помощью простой комбинации света и атмосферных газов. Этот эксперимент показал, что планета без жизни может производить его при подходящих условиях.
Новые данные подтверждают этот вывод. Если первобытная атмосфера Земли смогла синтезировать аминокислоты и необходимые соединения без помощи организмов, то другие планеты также могли бы это сделать.