Вопрос о происхождении жизни на Земле волнует ученых уже долгое время. В качестве ответов предлагаются различные гипотезы, от креационизма до панспермии. Среди них есть версии о биохимической эволюции: электрический разряд вызвал химические реакции, которые могли синтезировать органические молекулы из неорганических. Учёные из Стэнфордского университета провели эксперимент и получили данные, подтверждающие эту версию.
В 1952 году химик Стэнли Миллер и физик Гарольд Юри из США провели классический экспериментИсследователи провели эксперименты, имитирующие условия ранней Земли.
Цель заключалась в изучении возможностей химической эволюции и возможности образования органических веществ из неорганических с помощью электрического разряда.
Это было по существу испытанием гипотезы, выдвинутой советским биологом. Александром Опариным и британским популяризатором науки Джоном ХолдейномУченые считали, что первобытная Земля обладала условиями, способствовавшими химическим реакциям, из которых могли возникнуть органические молекулы из неорганических.
Миллер и Юри разработали изолированную систему, состоящую из нескольких сообщающихся между собой камер стеклянными трубками. В одной камере поместили воду (симулировала первобытный океан), которую нагревали для образования пара. В другую — газ, а точнее смесь метана ( CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (COПредполагается, что вещества, составлявшие атмосферу ранней Земли, подвергались воздействию электрических разрядов (подобно молниям).
Эти разряды давали энергию для химических реакций газа и пара.
Электрические разряды запускали химические реакции, преобразующие неорганические молекулы в органические. Эксперимент продолжался неделю и более, вследствие чего образовались аминокислоты — компоненты живых организмов. Глицин оказался самым распространённым среди всех аминокислот.
Изучение показало, что сильные разряды молнии в атмосфере первобытной Земли могли вызвать химические процессы, результатом которых стало образование органических молекул.
Тем не менее, позднее итог эксперимента Миллера—Ури… подвергли критике. В период молодости Земли молнии, вероятно, были слишком редкими явлениями, чтобы способствовать массовому образованию органики.
Даже при генерации органики электрическими разрядами её концентрация в океане осталась бы минимальной. В те времена океан занимал большую часть планеты, а попавшие в воду молекулы быстро рассеивались. Для образования сложных структур (таких как РНК или белки) необходима высокая локальная концентрация веществ, недостижимая в таком огромном резервуаре.
Возможно, химические реакции замедлялись из-за разбавленности. В замкнутой системе лаборатории Миллер и Юри наблюдалось накопление продуктов. В открытом океане соединения могли разрушаться под воздействием ультрафиолетового излучения или окисляться.
Группа учёных из Стэнфордского университета под руководством Ричарда Заре… Richard ZareПроведя эксперимент, предложила альтернативный механизм: вместо огромных разрядов электричества достаточно мелких искр, образующихся в обычных капельках воды.
Ученые обнаружилиВ камере с газом при взаимодействии мелких капель воды образуются микроскопические электрические разряды — «микромолнии». Авторы исследования полагают, что эти малые вспышки могли синтезировать важные органические молекулы без участия сильных электрических разрядов.
Заре вместе с коллегами распылили воду в камере с газовой смесью, которая по предположению, повторяла состав атмосферы ранней Земли: азот, метан, углекислый газ и аммиак. Внешние источники энергии отсутствовали — только взаимодействие капель между собой.
При распылении в камере капли воды зарядились по-разному: крупные – положительно, мелкие – отрицательно. Взаимодействуя, капли перебрасывали друг другу миниатюрные электрические разряды, которые высокоскоростные камеры зафиксировали как вспышки света, длительностью в наносекунды.
Эксперимент выявил: мощность подобных «микромолний» достаточна, чтобы инициировать химические реакции, формирующие органические молекулы с углеродно-азотными связями. Среди образовавшихся соединений присутствовал циановодород (предок аминокислот, . HCN), простейшая аминокислота глицин (C2H5NO2) и урацил (C4H4N2O2) — один из компонентов ДНК и РНК.
Открытие команды Заре меняет взгляд на возникновение жизни. Ранняя Земля, возможно, была не только местом редких мощных разрядов электричества, но и постоянными мелкими вспышками. Крошечные искры в водопадах, брызгах волн и пара могли стабильно синтезировать органические молекулы, способствуя зарождению жизни.
Ученые полагают, что аналогичные процессы могут протекать и в других местах Солнечной системы при сходных условиях. Например, на ледяных спутниках Юпитера и Сатурна, где предположительно есть вода. Вероятно, реакции, подобные тем, которые миллиарды лет назад могли повлиять на возникновение жизни на Земле, уже сейчас происходят в брызгах криовулканов Энцелада или в водяных шлейфах Европы.
Результаты научной работы представлены в журнале Science Advances.