Происхождение жизни остается одной из величайших научных загадок. Как инертные элементы могли превратиться в молекулы, способные собираться в первые живые клетки? На протяжении десятилетий исследователи рассматривали различные гипотезы, одна из самых известных — о молнии. Однако в новом исследовании ученых из Стэнфорда предлагается удивительная альтернатива: крошечные молнии, спонтанно возникающие между капельками воды, могли стать химическим спусковым крючком для возникновения жизни на Земле.
Исторический эксперимент Миллера-Юри
В 1952 году химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, ставший знаковым для понимания происхождения жизни. Их цель была проста: воссоздать в лаборатории условия, которые, как считалось, существовали на первобытной Земле, и проверить, могут ли органические молекулы, необходимые для жизни, появиться спонтанно.
Для этого они наполнили колбу смесью газов, которые должны были представлять атмосферу Земли несколько миллиардов лет назад: метан, аммиак, водород и водяной пар. Затем они пропустили через эту смесь электрические разряды, чтобы имитировать молнии, которые должны были регулярно бить в поверхность планеты.
Через несколько дней были получены поразительные результаты: в ходе эксперимента было получено несколько аминокислот — основных строительных блоков белков. Это открытие произвело революцию в биологии, предположив, что жизнь могла возникнуть в результате естественных химических реакций, вызванных молнией.
Идея о том, что молния спровоцировала образование первых органических молекул, привлекательна, но она создает проблему. Если бы эти реакции происходили в океане, образовавшиеся молекулы, вероятно, рассеялись бы, не позволив им собраться в более сложные структуры. И наоборот, если предположить, что эти реакции происходили в небольших бассейнах или неглубоких прудах, возникает другая проблема: молния — случайное и редкое явление. Поэтому маловероятно, что молния ударяла именно в эти места достаточно часто, чтобы способствовать появлению жизни.
В связи с этим возникает ключевой вопрос: если молния не была основным источником энергии для этих реакций, то какая другая природная сила могла играть эту роль на первобытной Земле?
Микроразряды: неизвестный источник энергии
Именно в этом и заключается новая гипотеза исследователей из Стэнфорда. Вместо того чтобы полагаться на молнию, жизнь могла возникнуть благодаря микроразрядам, спонтанно возникающим между капельками воды во взвешенном состоянии.
Феномен прост: когда капли воды поднимаются в воздух (например, с помощью волн, водопадов или морских брызг), они приобретают противоположные электрические заряды. Когда капли с разными зарядами встречаются, возникает крошечный электрический разряд, невидимый невооруженным глазом.
В отличие от грозы, это явление постоянно и вездесуще на Земле. Не будучи случайным и редким событием, оно, следовательно, могло сыграть ключевую роль в формировании органических молекул, необходимых для возникновения жизни.
Эксперимент для проверки этой гипотезы
Чтобы проверить эту идею, исследователи разработали новую версию эксперимента Миллера-Юри. Они воссоздали примитивную атмосферу с газами, аналогичными тем, что использовались в 1952 году, но на этот раз вместо искусственных молний они распылили в смесь мелкие капли воды.
Используя высокоскоростные камеры, они смогли наблюдать удивительное явление: между электрически заряженными каплями образовывались настоящие микроразряды.
Но самое удивительное было еще впереди. После эксперимента исследователи проанализировали полученные образцы и обнаружили, что эти микроразряды спровоцировали образование сложных органических молекул, в частности глицина и урацила — важнейших компонентов белков и ДНК.
Таким образом, эти результаты позволяют предположить, что энергия, необходимая для формирования первых молекул жизни, могла быть получена в результате простого взаимодействия между каплями воды — явления, которое было повсеместно распространено на первобытной Земле.
Большое влияние на наше понимание происхождения жизни
Это открытие, о котором сообщается в журнале , может произвести революцию в нашем понимании пребиотической химии. В отличие от молнии, микроразряды в каплях воды представляют собой гораздо более стабильный и повсеместный источник энергии, что значительно повышает шансы на возникновение жизни на Земле.
Однако эта гипотеза выходит за рамки нашей планеты. Если жизнь может возникнуть в результате простого электрического взаимодействия между каплями воды, то этот механизм может быть универсальным. Это явление может быть характерно и для экзопланет с океанами или атмосферами, богатыми водяным паром, что открывает путь для более широких исследований существования жизни в других уголках Вселенной.