Метеориты и вулканы наполняли атмосферу ранней Земли крошечными частицами металлов. На их поверхности могли протекать те же реакции, с помощью которых сегодня производят углеводороды. Они привели к появлению простых органических молекул, ставших первыми предшественниками будущей жизни.
Фрагмент крупного металлического метеорита Кампо-дель-Сьело / ©Oliver Trapp
В атмосфере молодой Земли свободного кислорода не было, зато в ней содержалось немало водорода, углекислого и угарного газов. Из них могли образоваться простые органические молекулы — предшественники аминокислот, нуклеотидов и других «кирпичиков жизни». Возможно, что катализировали такие реакции железо и другие металлы, которыми наполняли воздух падавшие на планету метеориты, и пыль от выбросов вулканов. Это продемонстрировала новая работа ученых из Института астрономии Общества Макса Планка. Их статья опубликована в журнале Scientific Reports.
Ведущий автор работы профессор Оливер Трапп (Oliver Trapp) обратил внимание на технологию, которую давно и широко применяют для промышленного получения углеводородов. В качестве исходных веществ процесс Фишера — Тропша использует оксиды углерода и водород, которые имелись на ранней Земле в достаточных количествах, а роль катализатора играют переходные металлы, такие как железо и никель. Если подобные процессы некогда протекали в атмосфере нашей планеты, то источниками металлов могли служить метеориты и вулканы.
Для проверки этой гипотезы ученые поставили лабораторные эксперименты с образцами железных и железо-каменных метеоритов, а также пыли, собранной при извержении итальянского вулкана Этна. В естественных условиях они могут присутствовать в воздухе в виде частиц разных размеров: вулканические — микрометровых, метеоритные (которые образуются при испарении тела во время падения через атмосферу) — микро- и нанометровых. Поэтому ученые подготовили более крупные частицы с помощью мельницы, а мелкие — растворением образцов в кислоте.
Реакции проводили в атмосфере, имитирующей условия ранней Земли: в бескислородной атмосфере, состоящей в основном из углекислого газа, водорода и воды, при повышенном давлении и высокой температуре. И действительно, в присутствии металлических частиц происходило образование простых органических соединений, включая ацетальдегид и формальдегид, которые могут служить основой для последующего синтеза всех «кирпичиков жизни»: аминокислот, нуклеотидов, сахаров и жирных кислот.
Таким образом, сегодня известен целый ряд механизмов, которые могли наполнить молодую Землю органикой и запустить химическую эволюцию, увенчавшуюся появлением первых протоклеток. Теория и эксперименты показали, что подобные реакции способны протекать в окрестностях «черных курильщиков» (насыщенные минералами горячие источники на дне океанов), в атмосфере — при участии солнечного ультрафиолета и разрядов молний, металлических метеоритов или мощных солнечных вспышек. Какой именно из этих процессов работал в действительности, пока не ясно: возможно, каждый из них внес вклад в зарождение жизни на нашей планете.
