Ученые выдвинули новую теорию о зарождении жизни на Земле

Исследователи из Стэнфордского университета выдвинули новую теорию о зарождении жизни. Она предполагает, что жизнь могла появиться благодаря множеству мелких «микромолний», которые возникают при столкновении капель воды, например, в водопадах или при разбивающихся волнах.

В атмосфере, содержащей газы, которые предположительно существовали на ранней Земле, распыление воды может привести к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями, включая урацил, который является важным компонентом ДНК и РНК.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, представлены новые доказательства на гипотезу Миллера-Юри, которая, несмотря на множество споров, утверждает, что жизнь на Земле возникла в результате удара молнии. Эта теория основывается на эксперименте, проведенном в 1952 году, который продемонстрировал, что органические соединения могут формироваться при электрическом воздействии на смесь воды и неорганических газов.

В рамках нового исследования ученые выяснили, что в процессе распыления воды образуются небольшие электрические заряды, самостоятельно обеспечивающие работу этих соединений без необходимости в дополнительном электричестве.

«Микроэлектрические разряды между каплями воды, обладающими противоположными зарядами, создают все те органические молекулы, которые ранее были обнаружены в эксперименте Миллера-Юри. Мы предполагаем, что это представляет собой новый механизм для пребиотического синтеза молекул, которые служат основой для жизни», — отметил старший автор исследования Ричард Зар, профессор естественных наук имени Маргарет Блейк Уилбур и профессор химии в Стэнфордской школе гуманитарных и естественных наук.

На ранних этапах своего существования Земля, по мнению ученых, была настоящим вихрем разнообразных химических веществ, однако в это время в ее атмосфере практически отсутствовали органические молекулы с углеродно-азотными связями. Эти молекулы, представляющие собой компоненты, необходимые для формирования белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла и других соединений, составляют основу жизни на сегодняшний день.

Долгие годы ученые пытались разгадать загадку происхождения этих биологических элементов. Эксперимент Миллера-Юри предложил одно из возможных объяснений. В рамках этого эксперимента было показано, что органические молекулы могли возникнуть в результате молниеносных разрядов, воздействующих на океан и взаимодействующих с газами, такими как метан, аммиак и водород. Однако критики этой теории указывали на то, что молнии бьют слишком редко, а океан, в свою очередь, слишком велик и рассредоточен, чтобы такие разряды действительно могли оказать значительное воздействие на образование необходимых органических соединений.

Ричард Зар в сотрудничестве с другими аспирантами изучили, как капли воды получают электрические заряды. Они выяснили, что большие капли часто имеют положительный заряд, а маленькие — отрицательный. Когда капли с разными зарядами сближаются, между ними могут возникать искры. Зар называет это «микромолниями», так как этот процесс похож на молнии в облаках, когда происходит накопление и высвобождение энергии. Чтобы зафиксировать эти моменты, исследователей использовали высокоскоростные камеры, которые могут запечатлеть вспышки света, которые трудно увидеть простым глазом.

Хотя крошечные вспышки света, называемые микросвечениями, трудно увидеть, они обладают значительной энергией. Исследователи доказали это, распыляя воду комнатной температуры в газовую смесь, состоящую из азота, метана, углекислого газа и аммиака — веществ, которые, как считается, были на ранней Земле. Это привело к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями, среди которых оказались цианистый водород, аминокислота, глицин и урацил.

Ученые считают, что их открытия могут изменить представление о том, как зарождалась жизнь на планете. Они предполагают, что жизнь не возникла исключительно благодаря молниям, как считалось ранее, а могла зародиться благодаря крошечным искрам, возникающим при столкновении волн или водопадов.

Зар отметил: «На ранней Земле было много брызг воды — в расщелинах и на камнях, и именно они могли накапливаться, вызывая химические реакции это открытие, помогает решить многие вопросы, связанные с гипотезой Миллера — Юри».

Ученые предсказывают, что в будущем атмосфера снова станет богатой метаном и бедной кислородом. Они предполагают, что это не произойдет еще миллиард лет или около того, но когда изменения произойдут, они случаться довольно быстро. Этот сдвиг вернет планету примерно в то состояние, в котором она находилась до так называемого Великого окислительного события (ВОК), произошедшего около 2,4 млрд лет назад.