Небо древней Земли, возможно, сыграло значительно большую роль в зарождении жизни, чем предполагали ученые ранее. Новые исследования показывают, что атмосфера молодой планеты могла естественным образом производить сложные молекулы, необходимые для возникновения жизни.
Согласно данным, опубликованным 1 декабря в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи из Университета Колорадо в Боулдере (CU Boulder) и их коллеги обнаружили, что миллиарды лет назад атмосфера Земли могла генерировать серосодержащие молекулы. Сегодня эти соединения известны как важные компоненты, незаменимые для поддержания жизни. Это открытие бросает вызов давно устоявшемуся представлению о том, что подобные серные молекулы могли формироваться лишь после того, как жизнь уже зародилась на Земле.
Найт Рид, ведущий автор исследования и постдокторант NASA, проводивший работу в Департаменте химии и Объединенном институте исследований окружающей среды (CIRES) CU Boulder, подчеркивает, что эта работа может помочь глубже понять эволюцию жизни на самых ранних этапах ее существования.
Сера, подобно углероду, является критически важным элементом, присутствующим во всех формах жизни – от простейших бактерий до человека. Она входит в состав некоторых аминокислот, которые, в свою очередь, служат основными строительными блоками белков. Хотя сера присутствовала в ранней атмосфере, большинство ученых полагали, что органические серные молекулы, такие как аминокислоты, могли появиться только после возникновения живых организмов, способных их производить.
Предыдущие попытки моделирования условий ранней Земли зачастую не позволяли получить значимые количества серных биомолекул до появления жизни. Если же эти молекулы и образовывались, то это происходило лишь при необычных или крайне специфических условиях, которые вряд ли были широко распространены по всей планете.
На этом фоне научное сообщество активно отреагировало, когда космический телескоп James Webb обнаружил диметилсульфид – сернистое соединение, производимое морскими водорослями на современной Земле – в атмосфере экзопланеты K2-18b. Многие тогда посчитали это возможным признаком жизни за пределами нашей планеты.
Однако более ранние работы Найта Рида и старшего автора Элли Браун, профессора химии и сотрудника CIRES, показали, что диметилсульфид может образовываться естественным путем в лабораторных условиях, используя лишь свет и простые атмосферные газы. Это указывало на возможность появления данной молекулы даже на планетах, где нет жизни.
В своем последнем эксперименте Браун, Рид и их команда проверили, что могла производить атмосфера ранней Земли. Они освещали смесь метана, углекислого газа, сероводорода и азота, воссоздавая атмосферные условия, существовавшие до появления жизни.
Работа с серой представляет собой значительную сложность, отмечает профессор Браун. Этот элемент легко прилипает к лабораторному оборудованию, а в атмосфере серосодержащие молекулы присутствуют в крайне малых количествах по сравнению с углекислым газом и азотом. «Необходимо иметь оборудование, способное измерять невероятно крошечные количества продуктов», – поясняет она.
Используя высокочувствительный масс-спектрометр для идентификации и измерения химических соединений, исследователи обнаружили, что их симуляция ранней Земли привела к образованию широкого спектра серных биомолекул. В их число вошли такие аминокислоты, как цистеин и таурин, а также кофермент M, играющий ключевую роль в метаболизме живых организмов.
Затем команда оценила, сколько цистеина могла бы генерировать вся древняя атмосфера. Их расчеты показали, что небо ранней Земли могло производить достаточно цистеина для поддержки примерно одного октиллиона (единица с 27 нулями) клеток. Для сравнения, современная Земля содержит примерно один нониллион (единица с 30 нулями) клеток.
Найт Рид комментирует эти данные: «Хотя это не так много, как присутствует сейчас, это все равно огромное количество цистеина в среде без жизни. Этого могло бы быть достаточно для зарождающейся глобальной экосистемы, где жизнь только начинает свой путь».
Исследователи предполагают, что эти атмосферные биомолекулы могли выпадать на поверхность Земли вместе с дождем, потенциально обеспечивая химические соединения, необходимые для начала жизни.
«Для зарождения жизни, вероятно, требовались весьма специфические условия, например, вблизи вулканов или гидротермальных источников со сложной химией, – говорит профессор Браун. – Раньше мы думали, что жизнь должна была зародиться абсолютно с нуля, но наши результаты показывают, что некоторые из этих более сложных молекул уже были широко распространены в неспециализированных условиях, что могло немного облегчить начало жизни».
