Капли воды с разным зарядом могли вызвать «микромолнии», которые положили начало жизни на Земле Источник
Новое исследование, проведённое в Стэнфорде, предполагает, что жизнь могла зародиться благодаря постоянным разрядам «микромолний» между каплями воды.
Самое важное недостающее звено в эволюционном древе — самое первое: как живые клетки возникли из неживой материи? Считается, что на ранней Земле существовал первичный бульон из ингредиентов, необходимых для биологии в том виде, в каком мы её знаем. Всё, что нужно было для запуска химических реакций, превращающих неорганические соединения в органические, — это особый катализатор.
Одна из самых устойчивых идей заключается в том, что удары молнии могли стать той самой искрой. В основополагающем эксперименте Миллера-Юри 1952 года через колбу с водой и газами, которые должны были имитировать атмосферу ранней Земли, пропускали электрический ток. В результате были получены определённые аминокислоты и другие важные биологические молекулы.
Но у этой гипотезы есть несколько проблем. Если бы этот процесс происходил в океанах, то образовавшиеся химические вещества были бы слишком разбавлены, чтобы дать толчок развитию жизни. Если бы это происходило в неглубоких водоёмах, то вероятность удара молнии в таком маленьком пространстве была бы невелика.
В новом исследовании учёные из Стэнфорда предполагают, что электрическая энергия могла поступать из гораздо более распространённого и стабильного источника — того, что они называют микросвечением. Когда капли воды распыляются в воздухе из-за волн, водопадов и тому подобного, между ними могут образовываться небольшие электрические заряды. Эти крошечные разряды могут запускать сложные химические реакции без необходимости во внешнем источнике электричества.
«Микроэлектрические разряды между противоположно заряженными микрокаплями воды создают все органические молекулы, которые наблюдались ранее в эксперименте Миллера-Юри, и мы предполагаем, что это новый механизм для пребиотического синтеза молекул, составляющих строительные блоки жизни», — сказал Ричард Зар, старший автор исследования.
Чтобы проверить эту идею, исследователи провели обновлённую версию эксперимента Миллера-Юри. Всё началось с резервуара, наполненного газами, имитирующими атмосферу ранней Земли, включая азот, метан, углекислый газ и аммиак. В эту смесь они распыляли мелкие капли воды комнатной температуры.
При ближайшем рассмотрении они обнаружили, что более крупные капли, как правило, имеют положительный заряд, а более мелкие — отрицательный. Как известно из основ физики, когда капли с противоположными зарядами проходят близко друг к другу, между ними проскакивают крошечные разряды электричества.
Хотя они слишком быстры, чтобы их можно было увидеть обычным глазом, исследователи смогли запечатлеть это микросвечение с помощью высокоскоростных камер, подтвердив, что оно действительно существует.
Важно отметить, что в образце древней атмосферы одних только брызг воды было достаточно, чтобы ионизировать воздух и запустить процесс образования органических молекул с углеродно-азотными связями, таких как цианистый водород, глицин и урацил. Эти связи являются одними из самых распространённых в органической химии, а молекулы, в которых они присутствуют, служат строительными блоками белков и ДНК.
«Учитывая, что молния — это прерывистое и непредсказуемое явление, в то время как брызги воды так распространены на Земле, мы предполагаем, что наши результаты указывают на ещё один возможный путь абиотического образования углеродно-азотных связей», — пишут исследователи.
Это означает, что волны, водопады и другие брызги могли взбаламутить огромное количество органических соединений по всей планете, и эти строительные блоки в конечном итоге могли начать формироваться в самые ранние формы жизни.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.