«Возможное влияние микроразрядов на зарождение жизни на Земле»

Новости МирТесен

Вопрос о возникновении жизни на Земле занимает умы ученых на протяжении многих столетий. Существует множество гипотез, объясняющих этот процесс, начиная от креационизма и заканчивая панспермией. Среди них есть и теории, предполагающие биохимическую эволюцию: считается, что химические реакции, спровоцированные электрическим разрядом, могли привести к образованию органических молекул из неорганических веществ. Химики из Стэнфордского университета провели эксперимент, результаты которого подтверждают эту точку зрения.

В 1952 году химик Стэнли Миллер и физик Гарольд Юри из США провели классический экспериментВ ходе эксперимента была создана лабораторная модель условий, существовавших на Земле в ранние геологические эпохи. Задача заключалась в оценке потенциала химической эволюции – можно ли было сформироваться органическим веществам из неорганических компонентов под воздействием электрического тока.

Фактически, это было подтверждение гипотезы, предложенной ранее советским ученым-биологом Александром Опариным и британским популяризатором науки Джоном Холдейном. Ученые выдвигали гипотезу о том, что окружающая среда на первобытной планете Земля благоприятствовала протеканию химических процессов, потенциально способных к образованию органических соединений из неорганического сырья.

Миллер и Юри сконструировали герметичную установку, включающую несколько камер, соединенных стеклянными трубками. В одной из камер находилась вода (имитация первичного океана), которая подвергалась нагреву для создания пара. Другая камера была заполнена газом – смесью метана ( CH₄), аммиака (NH₃), водорода (H₂) и монооксида углерода (CO), считается, что эти газы и пар составляли атмосферу ранней Земли. Затем в систему подавались электрические разряды, имитирующие молнии. Они обеспечивали энергией для протекания химических реакций между газом и паром.

Электрические разряды инициировали химические реакции, в ходе которых из неорганических молекул начали формироваться органические соединения. В ходе эксперимента, который продолжался более недели, были получены аминокислоты — основные компоненты, из которых строится жизнь. Наиболее распространенной аминокислотой среди полученных оказалась глицин.

Согласно результатам исследований, сильные удары молний в атмосфере ранней Земли могли спровоцировать химические процессы, в результате которых образовались органические молекулы.

Однако впоследствии эксперимент Миллера и Юри продемонстрировал подвергли критике.Считается, что электрические разряды в атмосфере ранней Земли происходили нечасто, чтобы вызвать значительное накопление органических веществ. Проведенный анализ демонстрирует, что даже при интенсивных грозах за продолжительный период времени молнии смогли бы произвести недостаточное количество органики для возникновения жизни.

Даже при условии, что электрические разряды способствовали образованию органических веществ, их концентрация в океане была бы крайне низкой. В те времена океан покрывал значительную площадь планеты, и попавшие в воду молекулы быстро распространялись. Создание сложных структур, таких как РНК или белки, требует высокой локальной концентрации веществ, что не представляется возможным в таком огромном водном объеме.

Более того, существует вероятность того, что химические процессы были бы затруднены из-за низкой плотности растворов. В ходе эксперимента Миллера и Юри использовалась закрытая емкость для накопления продуктов реакции. В настоящем океане соединения могли подвергаться разрушению под воздействием ультрафиолетового излучения или окислению.

Группа ученых-химиков и физиков из Стенфордского университета во главе с Ричардом Заре ( Richard Zare) учёный провела эксперимент и выдвинула альтернативную гипотезу: для возникновения электрических разрядов не нужны гигантские молнии, достаточно микроскопических искр, образующихся в водяных брызгах.

Ученые обнаружилиСогласно их выводам, при соприкосновении микроскопических водных частиц внутри газовой камеры возникают миниатюрные электроразряды – «микромолнии». Исследователи полагают, что эти незначительные вспышки могли создавать важные органические соединения без необходимости в сильных электрических импульсах.

Заре и его соратники распылили воду в герметичной камере с газовой смесью, имитирующей атмосферу Земли на ранних этапах ее формирования: азот, метан, углекислый газ и аммиак. Использовались исключительно внутренние взаимодействия частиц воды, без привлечения каких-либо внешних источников энергии.

Во время распыления в камере капли воды приобрели различные электрические заряды: крупные капли — положительные, мелкие — отрицательные. При столкновении или сближении таких капель возникали миниатюрные электрические разряды. Исследователям удалось зафиксировать вспышки света длительностью в наносекунды, используя камеры с высокой скоростью съемки.

Эксперимент продемонстрировал, что энергии, генерируемой такими «микромолниями», вполне достаточно для инициирования химических реакций, в результате которых образуются органические молекулы, содержащие углеродно-азотные связи. В числе образовавшихся соединений был обнаружен циановодород (предшественник аминокислот, HCN), простейшая аминокислота глицин (C₂H₅NO₂) и урацил (C₄H₄N₂O₂) — один из компонентов ДНК и РНК.

Изучение команды Заре позволяет переосмыслить процесс возникновения жизни. Предполагается, что на ранней Земле не было редких, но сильных электрических разрядов, а существовала постоянная среда с мелкими электрическими вспышками. Стабильный синтез органических молекул мог происходить благодаря крошечным искрам в водопадах, брызгах волн и струях пара, что создало бы подходящие условия для зарождения жизни.

Исследователи подчеркивают, что аналогичные процессы могут протекать при схожих условиях на других небесных телах Солнечной системы. В частности, это может относиться к ледяным спутникам Юпитера и Сатурна, где предположительно существует вода. Существует вероятность того, что в брызгах криовулканов Энцелада или водяных потоках Европы сейчас происходят те же химические реакции, которые миллиарды лет назад могли повлиять на формирование жизни на нашей планете.

Результаты научной работы представлены в журнале Science Advances.