Новый взгляд на старую загадку

На протяжении десятилетий ученые исследовали, как образовались первые биологические молекулы на Земле. Одна из самых известных теорий, представленная Стэнли Миллером и Гарольдом Уреем в 1953 году, предполагала, что молния в ранней атмосфере Земли вызвала образование аминокислот, строительных блоков жизни. Эта теория вновь привлекла к себе внимание, когда исследователи недавно обнаружили, что вулканические молнии могли предоставить необходимые химические ингредиенты.

Однако главная проблема этой идеи заключается в непредсказуемости ударов молнии и быстром рассеивании необходимых молекул. Теперь исследователи из Стэнфордского университета применили другой подход, рассмотрев электрические разряды в гораздо меньших масштабах.

Сила микроскопических молний

Вместо того чтобы сосредоточиться на атмосферных молниях, новое исследование предполагает, что крошечные искры, известные как «микромолнии», могли образовываться внутри водяных капель. Когда водопады обрушиваются, волны разбиваются или океанские брызги рассеиваются, крошечные капельки воды несут противоположные заряды. Когда эти капли сталкиваются, они генерируют электрические разряды, которые могли бы привести в действие химические реакции, необходимые для строительства жизни.

Ричард Заре, старший научный сотрудник Стэнфорда и ведущий автор исследования, подчеркивает важность этого открытия:

«Мы обычно думаем о воде, как о благотворном веществе, но когда она разделена на маленькие капельки, вода очень реактивна […]. На ранней Земле брызги воды были повсюду — в расщелинах или на камнях, они могли накапливаться и создавать эту химическую реакцию».

Чтобы проверить свою теорию, команда исследователей воссоздала условия ранней Земли в контролируемых лабораторных условиях. Они распылили воду в камере, заполненной метаном, аммиаком, азотом и углекислым газом — теми же газами, которые, как считается, существовали в первобытной атмосфере Земли. Высокоскоростные камеры фиксировали вспышки микромолний, возникающие между положительно и отрицательно заряженными каплями.

Результат? Эти миниатюрные электрические разряды привели к образованию важнейших углеродно-азотных молекул, включая цианистый водород, глицин (простейшую аминокислоту) и урацил — ключевой компонент РНК.

Новый взгляд на роль воды в зарождении жизни

Вода уже давно считается одним из основных компонентов жизни, но данное исследование показывает, что ее роль может быть даже более непосредственной, чем считалось ранее. Если микромолнии внутри капель воды способны генерировать органические молекулы в естественных условиях, это может пересмотреть взгляды ученых на происхождение жизни — не только на Земле, но и на других планетах.

Если будущие исследования подтвердят полученные результаты, этот процесс может объяснить, как важнейшая биологическая химия может возникнуть в средах за пределами Земли, например на Марсе, Европе или Энцеладе — лунах, где, как известно, существуют активные водные системы.

Хотя исследование дает убедительные доказательства, ученым предстоит изучить, как эти реакции масштабируются и могут ли они сохраняться достаточно долго для создания сложных биологических систем. Если этот механизм подтвердится, он может стать ключевым элементом в решении загадки о том, как жизнь возникла из неживой химии.

Работа стэнфордских ученых открывает новые горизонты в изучении абиогенеза. Если ранее внимание было сосредоточено на крупных атмосферных явлениях, то теперь акцент смещается на микроскопические процессы, происходящие в обычной воде. Этот подход позволяет рассматривать более широкий спектр сред, где могла возникнуть жизнь, включая те, где крупные электрические разряды маловероятны.

Важно отметить, что микромолнии, в отличие от молний, являются более распространенным и устойчивым явлением. Вода, находящаяся в различных формах – водопады, океанские брызги, даже роса – может служить источником этих микроскопических разрядов. Это значительно расширяет потенциальные «колыбели жизни» на ранней Земле.

Результаты исследования подчеркивают роль воды не только как среды, но и как активного участника в химических процессах, предшествующих жизни. Формирование ключевых углеродно-азотных молекул, таких как цианистый водород, глицин и урацил, непосредственно в капельках воды, ставит под сомнение необходимость сложных геологических или атмосферных условий для абиогенеза.

Дальнейшие исследования будут направлены на изучение эффективности этого механизма в различных условиях и его способности генерировать более сложные органические соединения. Если гипотеза подтвердится, она может существенно изменить наше понимание происхождения жизни не только на Земле, но и за её пределами.