Акт творения: жизнь на Земле появилась благодаря супервспышкам молодого Солнца?
Происхождение жизни – одна из самых волнующих научных загадок. Недавнее исследование показывает, что к нему могли приложить руку невероятно мощные вспышки на молодом Солнце. Это по-новому ставит вопрос, где именно на планете появились живые существа.
Аминокислоты (строительные блоки белков) могли появиться на древнейшей Земле благодаря солнечным вспышкам. Такой вывод сделала научная группа под руководством Владимира Айрапетяна из Центра космических полетов имени Годдарда (НАСА). Проведенные эксперименты позволяют по-новому взглянуть на загадку происхождения жизни.
Собрать жизнь по частям
Из чего состояли первые живые существа – трудный вопрос. Многие специалисты считают, что в основном из РНК. Дело в том, что размножающийся организм должен хранить наследственную информацию – чертеж по воспроизведению потомков. Но также он должен и управлять химическими реакциями, чтобы получать вещество и энергию для производства этих самых потомков. РНК – единственная молекула в клетке, умеющая и то и другое.
Тем не менее на каком-то этапе жизнь изобрела белки. Это куда более совершенные химические регуляторы, чем РНК, и, кроме того, удобный строительный материал для клеток. Изобретение оказалось настолько удачным, что ни один современный организм просто шагу не может ступить без белков. Недаром еще недавно с каждой философской кафедры одной огромной страны жизнь объявляли «способом существования белковых тел».
Молекула белка состоит из повторяющихся звеньев-аминокислот, как поезд из вагонов. Аминокислоты – довольно обширный класс веществ. Однако в состав белков входят только 20 из них, которые так и называются белковыми.
Аминокислоты достаточно просты, чтобы возникнуть в неживой природе. В метеоритах найдено более ста из них, в том числе как минимум восемь белковых. Несколько аминокислот, в том числе белковых, недавно были обнаружены и в грунте астероида Рюгу. Иногда во внеземном веществе встречаются и короткие аминокислотные цепочки. В 2020 году одна исследовательская группа даже заявила о первом внеземном белке, но эта статья так и не была опубликована в авторитетном журнале. Вероятно, авторы просто приняли желаемое за действительное, интерпретируя состав метеорита.
Откуда на древней Земле взялись аминокислоты, которые позаимствовала жизнь? Возможно, что как раз из метеоритов, благо в молодой Солнечной системе хватало «строительного мусора». Однако вопрос, откуда аминокислоты взялись в метеоритах, едва ли проще. Наверняка мы знаем только то, что они там есть. И раз уж нам нужно объяснить происхождение аминокислот, лучше начать с Земли. Огромная теплая планета, богатая разными минералами, наверняка была благоприятнее для химических реакций, чем какой-нибудь завалящий астероид.
Рухнувшие надежды
В 1953 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри поставили, наверное, самый знаменитый эксперимент во всех исследованиях происхождения жизни. Они заполнили колбу смесью водяного пара, метана, аммиака и водорода. Эта смесь имитировала древнейшую атмосферу Земли, какой ее тогда представляли. Химики пропускали через газы электрические искры, имитирующие молнии. В результате в колбе возникало множество разнообразных органических веществ, в том числе несколько белковых аминокислот.
Это был триумф. Из простейших неорганических газов с помощью заурядных искр получились «кирпичики» белков! Скоро появились и другие многообещающие эксперименты, имитировавшие не молнии, а вулканическое тепло и солнечный ультрафиолет. Напомним, что до появления фотосинтеза на Земле практически не было свободного кислорода, а значит, и озонового слоя. Поэтому ультрафиолетовые лучи беспрепятственно достигали поверхности планеты.
Последний сценарий выглядел особенно заманчиво. Конечно, молния или вулканическая лава вмиг поджарят что угодно, не в пример солнышку. Вот только извержения или даже грозы еще надо дождаться, а солнце исправно встает каждый день. Так что по среднему потоку энергии на квадратный метр земной поверхности солнечный ультрафиолет далеко обставлял и молнии, и вулканы.
Все было прекрасно, пока под давлением многих фактов ученым не пришлось в корне пересмотреть свои представления о первичной атмосфере. Сегодня считается, что она в основном состояла из углекислого газа, как на современном Марсе и Венере. Вторым по распространенности газом был азот. Метана было очень мало (вероятно, менее 5%), аммиака еще меньше.
Это совершенно меняло дело. Для аминокислот нужны атомы азота, а где их взять? Место неустойчивых, готовых к реакциям молекул аммиака NH3 заняли чрезвычайно прочные молекулы азота N2. Источником углерода (а он основа любой органической молекулы) теперь был не активный метан, а куда более неуступчивый углекислый газ. Ни электрические разряды, ни ультрафиолет не производили в такой смеси интересных соединений. У них просто не хватало энергии, чтобы разорвать прочные молекулы. «Пребиологам» как будто заменили полный стол пирожных на гору зерна. Прежде чем пообедать, изволь-ка смели да выпеки!
Правда, с синтезом органики справлялась самая коротковолновая часть ультрафиолета, уже без пяти минут рентгеновская. Но эта составляющая солнечных лучей без всякого озона поглощается на высоте более 90 км – как сегодня, так и на древней Земле. Образовавшаяся там органика разбавлялась тогдашним «воздухом» и даже если и опускалась в итоге на поверхность, то уже в ничтожных концентрациях.
