Ученые поставили под сомнение роль комет в возникновении жизни на Земле
Кометы содержат воду и разнообразные органические соединения, поэтому ученые давно рассматривают их как возможный источник веществ, необходимых для возникновения жизни на Земле. Однако авторы нового исследования пришли к выводу, что кометы вряд ли могли эффективно доставлять такое сырье на молодую планету. Многие небольшие небесные тела разрушались при прохождении атмосферы, а при столкновении с поверхностью высокая скорость удара могла приводить к разрушению молекул, в том числе цианистого водорода — важного вещества для пребиотических реакций.
По современным представлениям, прежде чем на Земле возникла жизнь, должны были появиться простые химические соединения, из которых в результате последовательных реакций могли образоваться более сложные молекулы, необходимые для формирования первых живых систем.
Одно из таких веществ — цианистый водород (HCN), также известный как синильная кислота. В лабораторных экспериментах его используют в реакциях, позволяющих получать соединения, предшествующие возникновению жизни: сахара, липиды, азотистые основания и нуклеотиды. Последние служат строительными единицами нуклеиновых кислот — ДНК и РНК, которые хранят и передают наследственную информацию.
Но для таких реакций нужна достаточная концентрация исходного вещества. Главный вопрос заключается в том, как и где на ранней Земле могло накопиться столько HCN.
Ученые выделяют два основных сценария появления цианистого водорода на ранней Земле. В первом случае вещество образовывалось непосредственно в атмосфере планеты.
Химические реакции в первичной атмосфере могли приводить к синтезу HCN, но его концентрация зависела от состава и окислительно-восстановительных свойств газовой оболочки. Даже если цианистый водород появлялся, он мог вступать в другие химические реакции, разрушаться под действием солнечного излучения или вымывался из атмосферы осадками. Поэтому для участия в дальнейших химических процессах он должен был постоянно восполняться и накапливаться.
Второй возможный источник — кометы. Эти небесные тела содержат воду и разнообразные летучие соединения. Цианистый водород тоже обнаруживали на кометах: его содержание оценили примерно в 0,1 процента от содержания воды.
Отсюда возникла гипотеза, что кометы могли доставлять на молодую Землю уже готовые химические компоненты. Предполагалось, что после удара в отдельных местах могли возникнуть условия для пребиотических реакций, в результате которых образовывались предшественники более сложных соединений.
Команда планетологов, астрофизиков и программистов под руководством Ричарда Энслоу (Richard Anslow) из Кембриджского университета оценила, насколько эффективно кометы доставляли цианистый водород на раннюю Землю. Для этого ученые применили специальные алгоритмы, которые строили путь комет до Земли, анализировали взаимодействия этих небесных тел с земной атмосферой и моделировали последствия ударов.
Исследователей интересовала кометная бомбардировка ранней Земли. Основной рассматриваемый интервал охватывал раннюю историю Солнечной системы, приблизительно от 4,5 до 3,5 миллиарда лет назад. Наиболее интенсивная кометная бомбардировка, по оценке авторов научной работы, продолжалась примерно 500 миллионов лет.
Расчеты показали, что для сохранения HCN комета должна была обладать подходящими размерами, двигаться сравнительно медленно и сталкиваться с поверхностью под сильно косым углом. Однако при входе в атмосферу под большим углом кометы сильнее тормозили и могли разрушиться, так и не достигнув поверхности.
Но даже если часть молекул цианистого водорода выдерживала столкновение, это еще не означало, что вещества хватало для дальнейших химических реакций. Дожди и грунтовые воды могли быстро разбавить его, снизив концентрацию до недостаточного уровня. Следовательно, необходимые химические реакции должны были протекать достаточно быстро, пока концентрация вещества оставалась высокой, что весьма сомнительно.
Специалисты не исключили, что подходящие столкновения все же происходили. Однако расчеты указали на исключительную редкость таких событий: в 100 тысячах компьютерных симуляций медианное число случаев успешной доставки цианистого водорода в концентрации не менее 10 миллимоль на литр составило всего один. В 28 процентах симуляций не было ни одного такого случая.
Энслоу и его коллеги также сравнили, насколько успешно кометы могли приносить цианистый водород на Марс и Венеру. Согласно моделированию, число потенциально успешных столкновений за время кометной бомбардировки, при которых концентрация HCN могла превышать 10 миллимоль на литр, составило 1061 ± 32 для Марса и 53 ± 7 для Венеры. На Марсе кометы сталкивались с поверхностью на меньших скоростях, а разреженная атмосфера реже препятствовала их падению.
Правда, из-за нехватки данных о раннем Марсе и Венере ученые использовали параметры их современных атмосфер. Поэтому результаты говорят лишь о том, что кометы могли эффективнее доставлять цианистый водород на Марс, но не доказывают, что там действительно возникли подходящие условия для зарождения жизни.
Научная работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Telegram 
Дзен 
VK 
