Атмосфера Земли в далёком прошлом могла сыграть куда более активную роль в появлении жизни, чем считалось ранее. Учёные пришли к выводу, что важные для биологии молекулы могли формироваться прямо в воздухе, без участия живых организмов. Это меняет представления о том, где и как могли появиться первые формы жизни на планете.
Древняя атмосфера как химическая лаборатория
Исследователи установили, что в атмосфере ранней Земли могли самопроизвольно возникать биомолекулы на основе серы. Среди них — аминокислоты, включая цистеин, который играет ключевую роль в строении белков. Для этого не требовались сложные биологические системы: достаточно было света и набора простых газов, характерных для той эпохи.
Полученные данные показывают, что исходные компоненты жизни могли быть доступны повсеместно, а не только в редких и экстремальных средах вроде вулканических жерл или гидротермальных источников. Это расширяет возможные сценарии зарождения первых биосистем и меняет подход к интерпретации данных, которые дают современные космические наблюдения, включая работу космического телескопа Джеймса Уэбба.
"Наше исследование может помочь нам понять эволюцию жизни на самых ранних этапах", — сказал научный сотрудник НАСА, первый автор работы Нейт Рид.
Почему сера так важна
Сера, как и углерод, относится к базовым элементам живой материи. Она входит в состав нескольких аминокислот и участвует в ключевых метаболических процессах. Долгое время считалось, что органические соединения серы могли появиться только после возникновения жизни, а до этого присутствовали лишь в неорганической форме.
Предыдущие лабораторные эксперименты редко приводили к образованию таких молекул в условиях, имитирующих раннюю Землю. Если это и происходило, то при крайне специфических и маловероятных сочетаниях факторов окружающей среды.
Эксперименты, меняющие представление
Работа команды из Колорадского университета в Боулдере показала иную картину. Учёные воссоздали атмосферу древней Земли, используя смесь метана, углекислого газа, сероводорода и азота, и подвергли её воздействию света. Эксперимент потребовал высокоточного оборудования, так как сера присутствует в микроскопических концентрациях и легко взаимодействует с поверхностями.
С помощью чувствительного масс-спектрометра исследователи зафиксировали образование целого набора биомолекул, содержащих серу. Среди них оказались цистеин, таурин и коэнзим М — соединение, необходимое для обмена веществ у некоторых микроорганизмов.
Атмосфера, способная поддержать жизнь
Далее учёные оценили масштаб возможных процессов в глобальном масштабе. Расчёты показали, что ранняя атмосфера могла производить количество цистеина, достаточное для существования примерно одного октиллиона клеток. Хотя это меньше, чем современное количество живых клеток на Земле, для безжизненной планеты такой объём считается значительным.
"Для среды, в которой ещё не существовало жизни, это было много. Этого могло хватить для формирования зарождающейся экосистемы", — отметил Нейт Рид.
По мнению авторов, такие молекулы могли переноситься атмосферой и выпадать на поверхность вместе с осадками, обогащая океаны и сушу химическими "кирпичиками" жизни.
Переосмысление сценариев происхождения жизни
Ранее доминировала идея, что жизнь могла возникнуть только в особых зонах с уникальной химией. Новые результаты показывают, что некоторые сложные молекулы могли быть широко распространены ещё до появления первых организмов.
Этот вывод напрямую влияет на интерпретацию серосодержащих газов в атмосферах других миров, включая случаи, когда фиксируется поиск следов инопланетной жизни по косвенным химическим признакам.
"Мы предполагали, что жизнь должна была начинаться практически с нуля. Теперь видно, что часть необходимых соединений уже существовала в обычных условиях", — пояснил профессор химии Элли Браун.
Плюсы и минусы новой гипотезы
Такой подход объясняет, как биомолекулы могли появляться без участия живых систем и снижает роль редких экстремальных условий. В то же время остаётся открытым вопрос, каким образом эти соединения переходили к самовоспроизводящимся структурам. Об этом сообщает Proceedings of the National Academy of Sciences.
Старая и новая модели происхождения жизни
Классическая модель делает акцент на локальных зонах с насыщенной химией. Новая концепция рассматривает атмосферу как глобальный источник сложных соединений, доступных сразу на большой площади планеты.
Популярные вопросы о древней атмосфере Земли
Могла ли жизнь появиться без вулканов и источников?
Новые данные показывают, что ключевые молекулы могли формироваться и вне таких зон.
Почему раньше это не удавалось доказать?
Из-за сложности фиксации серных соединений в крайне малых концентрациях.
Что это значит для астробиологии?
Химические сигнатуры в атмосферах планет требуют более осторожной интерпретации.