Фото: Unsplash / CC0
Возможно, жизнь зародилась не в результате мощного удара молнии в океан, а в результате множества более мелких «микроударов молнии» между каплями воды, падающими с водопадов или разбивающимися о берег волнами.
Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что распыление воды в смеси газов, которые, как считается, присутствовали в ранней атмосфере Земли, может привести к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями, включая урацил — один из компонентов ДНК и РНК.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, добавляет доказательства и новый взгляд на гипотезу Миллера-Юри, которая утверждает, что жизнь на планете зародилась в результате удара молнии. Эта теория основана на эксперименте 1952 года, показавшем, что органические соединения могут образовываться при воздействии электричества на смесь воды и неорганических газов.
В ходе текущего исследования учёные обнаружили, что распыление воды, при котором образуются небольшие электрические заряды, может выполнять эту работу самостоятельно, без дополнительного 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 предбиотического синтеза молекул, составляющих строительные блоки жизни», — сказал старший автор исследования Ричард Зейр, профессор естественных наук имени Маргарет Блейк Уилбур и профессор химии в Стэнфордской школе гуманитарных и естественных наук.
Сила и потенциал микролайтинга
Считается, что в течение пары миллиардов лет после своего образования Земля представляла собой вихрь химических веществ, но почти не содержала органических молекул с углеродно-азотными связями, которые необходимы для белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла и других соединений, из которых сегодня состоят живые организмы.
Вопрос о том, как появились эти биологические компоненты, долгое время озадачивал учёных, и эксперимент Миллера — Юри дал одно из возможных объяснений: эти органические молекулы могли образоваться в результате удара молнии в океан и взаимодействия с газами ранней планеты, такими как метан, аммиак и водород.
Критики этой теории отмечают, что молнии случаются слишком редко, а океан слишком велик и обширен, чтобы это могло быть реальной причиной.
Зара вместе с аспирантами Ифанем Менгом и Ю Ся, а также аспиранткой Цзиньхэн Сюй предлагают ещё одну возможность, связанную с этим исследованием. Сначала команда изучила, как капли воды приобретают разный заряд при разделении на брызги.
Они обнаружили, что более крупные капли часто имеют положительный заряд, а более мелкие — отрицательный. Когда противоположно заряженные капли приближались друг к другу, между ними проскакивали искры. Зар называет это «микромолниями», поскольку этот процесс связан с накоплением и высвобождением энергии в виде молний в облаках. Исследователи использовали высокоскоростные камеры, чтобы зафиксировать вспышки света, которые трудно заметить невооружённым глазом.
Несмотря на то, что крошечные вспышки микросвечения трудно заметить, они всё равно несут в себе много энергии. Исследователи продемонстрировали эту энергию, распыляя воду комнатной температуры в газовую смесь, содержащую азот, метан, углекислый газ и аммиак, которые, как считается, присутствовали на ранней Земле.
Это привело к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями, включая цианистый водород, аминокислоту глицин и урацил.
Исследователи утверждают, что эти открытия указывают на то, что жизнь на этой планете зародилась не обязательно из-за ударов молний, а из-за крошечных искр, образующихся при столкновении волн или водопадов.
«На ранней Земле повсюду были брызги воды — в расщелинах или на камнях, и они могли накапливаться и вызывать эту химическую реакцию, — сказал Зар. — Я думаю, это решает многие проблемы, с которыми люди сталкиваются при изучении гипотезы Миллера — Юри».
Исследовательская группа Zare занимается изучением потенциальной энергии небольших частиц воды, в том числе того, как водяной пар может помогать в производстве аммиака, ключевого ингредиента удобрений, и как капли воды самопроизвольно производят перекись водорода.
«Обычно мы считаем воду безобидной, но когда она разделяется на маленькие капли, вода становится очень реактивной», — сказал он.
