Жизнь зародилась не в океане: учёные доказали, что первые биомолекулы создавал дождь

В атмосфере молодой Земли могли возникать биомолекулы — PNAS

Можно ли было начать жизнь без самой жизни? Новое исследование ученых из Университета Колорадо в Боулдере и NASA предлагает неожиданный ответ на этот вопрос. Согласно их выводам, первые биомолекулы могли зародиться не в океанах, а прямо в атмосфере молодой Земли, формируясь под действием света и газов. Об этом сообщает журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.

Атмосфера как колыбель жизни

На протяжении десятилетий считалось, что возникновение жизни на Земле потребовало совершенно стерильных условий, где первые органические соединения появились из неорганического хаоса. Однако новые данные опровергают эту концепцию. Исследователи установили, что атмосфера ранней планеты могла быть гораздо более "живой", чем предполагалось, и способна производить сложные молекулы без участия биологических процессов.

Профессор химии Элли Браун, руководившая проектом, отметила, что прежняя научная парадигма основывалась на представлении о "абсолютном нуле" жизни, от которого все началось. Теперь же стало ясно, что сложные соединения серы и углерода могли существовать задолго до появления первых организмов. Это открытие меняет понимание не только происхождения жизни, но и того, как подобные процессы могут происходить на других планетах.

Эксперимент, изменивший представление о зарождении жизни

Главной целью исследования было выяснить, как в условиях молодой Земли могли формироваться ключевые биомолекулы — своеобразные "кирпичики" жизни. Долгое время ученые не могли объяснить их происхождение, считая, что такие вещества могли появиться только как побочный продукт жизнедеятельности.

"Мы доказали, что атмосфера ранней Земли сама могла производить нужные молекулы — без участия живых организмов", — подчеркнула профессор Элли Браун из Университета Колорадо.

Команда воспроизвела состав древней атмосферы, включающий азот, углекислый газ, метан и сероводород. Воздействие света на эту смесь привело к образованию целого ряда серосодержащих биомолекул. Среди них оказались аминокислоты цистеин и таурин, а также кофермент М — вещество, критически важное для метаболизма. Эти результаты показали, что даже простая фотохимия способна запустить процессы, ведущие к созданию органических соединений.

Молекулярная математика происхождения жизни

После лабораторных экспериментов ученые использовали высокочувствительный масс-спектрометр, чтобы измерить количество полученных молекул. Затем они масштабировали результаты до реальных объемов атмосферы древней Земли.

"Наши расчеты показали, что в атмосфере могли образовываться колоссальные объемы цистеина — порядка одного октиллиона молекул", — отметил соавтор исследования, научный сотрудник NASA Нейт Рид.

Хотя это количество меньше, чем содержится в современной биосфере, для начала зарождения жизни его вполне достаточно. Такие молекулы могли выпадать на поверхность вместе с дождями, накапливаясь в лужах, кратерах и у берегов древних океанов. Эти естественные резервуары, обогащённые органическими веществами, могли стать стартовой площадкой для первых биохимических реакций.

Где могла зародиться жизнь

Исследователи считают, что атмосфера лишь поставляла исходные компоненты, а решающую роль играли локальные среды — в частности, районы возле вулканов или гидротермальных источников. Там высокая температура и давление могли способствовать дальнейшим реакциям, превращая простые молекулы в более сложные структуры.

Такое сочетание атмосферных и геотермальных процессов создавало своеобразный "мост" между неживой и живой материей. Если этот механизм был возможен на Земле, он может сработать и на других планетах, где присутствуют аналогичные условия — например, на Титане, Венере или даже на раннем Марсе.

Плюсы и минусы новой гипотезы

Появление идеи атмосферного происхождения биомолекул вызвало активную дискуссию в научном сообществе.

Преимущества гипотезы:

объясняет наличие сложных соединений без участия живых организмов;
демонстрирует универсальность химических процессов, возможных и за пределами Земли;
объединяет фотохимию и геохимию в единую эволюционную цепочку.

Недостатки:

требует крайне точных условий освещенности и состава атмосферы;
не объясняет полностью механизм перехода от молекул к живым клеткам;
нуждается в подтверждении через моделирование других планетных атмосфер.

Несмотря на эти ограничения, результаты исследования заставляют пересмотреть базовые представления о происхождении жизни и ставят новые вопросы перед наукой.

Сравнение: прежние теории и новый подход

Классические гипотезы, такие как теория "первичного океана" Миллера — Юри, утверждали, что жизнь зародилась в жидкой воде под действием электрических разрядов. Новая концепция переносит начало процесса выше — в атмосферу. Здесь источником энергии выступает свет, а ключевые реакции происходят в газовой среде.

Такой подход делает процесс более гибким: образование биомолекул не зависит от наличия океана и может происходить даже в условиях других планет, где нет воды на поверхности, но есть плотная атмосфера и активное солнечное излучение.