Несмотря на значительный прогресс в науке, вопрос о происхождении жизни продолжает оставаться одной из самых сложных загадок. Как неактивные химические элементы смогли преобразоваться в молекулы, способные формировать первые живые клетки? На протяжении многих лет ученые изучали различные гипотезы, и наиболее известной из них является гипотеза о роли молний. Однако новое исследование, проведенное учеными из Стэнфорда, предлагает неожиданную альтернативу: микроскопические разряды, спонтанно возникающие между каплями воды, могли послужить катализатором химических реакций, приведших к зарождению жизни на Земле.
Исторический эксперимент Миллера-Юри
В 1952 году химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, который стал важной вехой в изучении возникновения жизни. Они стремились воссоздать лабораторные условия, предположительно существовавшие на ранней Земле, чтобы определить, способны ли органические молекулы, необходимые для жизни, образоваться самопроизвольно.
Чтобы воссоздать условия ранней Земли, ученые поместили в колбу газовую смесь, имитирующую атмосферу планеты несколько миллиардов лет назад, состоящую из метана, аммиака, водорода и водяного пара. После этого они создали электрические разряды, аналогичные молниям, которые, как предполагается, часто возникали на поверхности планеты.
Вскоре появились ошеломляющие результаты: эксперимент позволил выделить ряд аминокислот – ключевых компонентов белков. Это открытие кардинально изменило представления в биологии, предполагая возможность зарождения жизни благодаря спонтанным химическим процессам, инициированным электрическими разрядами.
Гипотеза о том, что образование первых органических молекул было вызвано молниями, представляется заманчивой, однако она сталкивается с трудностями. Если бы эти реакции протекали в океане, образовавшиеся молекулы, скорее всего, были бы рассеяны, что помешало бы их объединению в более сложные соединения. С другой стороны, если считать, что эти реакции происходили в небольших водоемах или прудах, возникает другая сложность: молнии — это непредсказуемые и нечастые явления. Соответственно, маловероятно, что они поражали эти места достаточно регулярно, чтобы способствовать зарождению жизни.
Если молния не являлась главным источником энергии для протекания этих реакций, то какой ещё природный фактор мог быть вовлечён в процессы, происходившие на ранней Земле?
Микроразряды: неизвестный источник энергии
Новая гипотеза, предложенная учеными из Стэнфорда, заключается в следующем: жизнь, возможно, не возникла из-за ударов молнии, а благодаря микроразрядам, которые спонтанно возникают между частицами воды, находящимися во взвешенном состоянии.
Когда капли воды поднимаются в воздух – например, под действием волн, водопадов или морских брызг – они заряжаются противоположными электрическими зарядами. Встреча капель с различными зарядами приводит к образованию миниатюрного электрического разряда, который незаметен для человеческого глаза.
В отличие от грозы, это явление присутствует непрерывно и повсеместно на Земле. Поскольку оно не является случайным или редким событием, вероятно, оно сыграло важную роль в создании органических молекул, которые необходимы для зарождения жизни.
Эксперимент для проверки этой гипотезы
Для проверки этой гипотезы ученые создали модифицированный вариант эксперимента Миллера-Юри. Они воспроизвели древнюю атмосферу, используя газы, подобные тем, что применялись в 1952 году, однако вместо искусственно созданной молнии в смесь были внесены микроскопические капли воды.
Благодаря использованию высокоскоростных камер ученым удалось наблюдать необычное явление: между каплями, имеющими электрический заряд, возникали микроразряды.
Самым неожиданным оказалось то, что должно было произойти дальше. После проведения эксперимента ученые изучили полученные образцы и выявили, что эти микроразряды вызвали формирование сложных органических молекул, среди которых оказались глицин и урацил — ключевые элементы белков и ДНК.
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что энергия, затраченная на образование первых молекул жизни, возможно, высвобождалась в результате взаимодействия водных капель — распространенного процесса на ранней Земле.
Оказывает значительное воздействие на наше представление о происхождении жизни
Это открытие, о котором сообщается в журнале , этот процесс способен кардинально изменить наше представление о пребиотической химии. В отличие от грозовых разрядов, микроразряды в водных каплях являются более стабильным и распространенным источником энергии, что существенно увеличивает вероятность зарождения жизни на Земле.
Данная гипотеза предполагает возможность существования жизни за пределами Земли. Если жизнь может зародиться благодаря простому электрическому взаимодействию между водными каплями, то этот процесс может быть универсальным. Подобный механизм может быть свойственен и экзопланетам, обладающим океанами или атмосферами, насыщенными водяным паром, что расширяет перспективы поиска жизни в других частях Вселенной.