Сейчас ученые почти уверены, что жизнь зародилась именно на Земле. Этому предшествовало самопроизвольное появление биологических молекул, для которого потребовалось много энергии. Вероятно, ее источником служили древние молнии — однако новое исследование показало, что их поначалу могло быть не так уж много.
Молнии как фактор абиогенеза / © NASA Astrobiology
В 1952 году юный аспирант Стенли Миллер и его маститый, уже получивший Нобелевскую премию научный руководитель Гарольд Юри провели эпохальный эксперимент. В паре соединенных стеклянных колб они воссоздали условия, которые якобы существовали на Земле 3,8 миллиарда лет назад: химический состав газов, высокую температуру и электрические разряды. Ученые считали, что этого было достаточно для самопроизвольного появления первых биологических молекул на безжизненной в то время Земле.
Эксперимент Миллера — Юри увенчался небывалым успехом: их аппарат тут же произвел несколько аминокислот, строительных блоков для белков. В итоге никому не известный аспирант Миллер тут же оказался единственным автором статьи в ведущем научном журнале Science (небывалое достижение для молодого ученого) и попал на передовицы мировых СМИ.
Однако со временем ученые усомнились, что тот опыт был проведен корректно. В качестве газовой смеси Миллер и Юри использовали метан и аммиак, однако позднее исследователи пришли к выводу, что первая атмосфера Земли, на самом деле, состояла главным образом из углекислого газа и азота.
Теперь по знаменитому опыту, в свое время попавшему на передовицу The New York Times, нанесен еще один серьезный удар: из новой публикации следует, что первичная атмосфера не слишком располагала к возникновению молний. Стало быть, для появления первых биологических молекул потребовалось больше времени, чем считали ранее. Это означает и определенные трудности для зарождения жизни.
Электроны, участники всех без исключения химических процессов, по-разному ведут себя в различных средах. Поэтому в смеси метана с аммиаком или углекислоты с азотом химические превращения происходят по-разному. Открытым оставался вопрос, насколько различается в таких смесях поведение электрических разрядов. Очевидно, различия могли повлиять на ход абиогенеза — появление первой жизни из неживой материи.
Чтобы разобраться с этим, Кристоф Кён (Christoph Köhn) и его коллеги из Технического университета Дании создали модель, описывающую вероятность возникновения стримера — начального этапа формирования молнии. Оказывается, в атмосфере углекислого газа этот процесс происходит медленнее.
«По сути, в атмосфере с высоким содержанием азота и соединений углерода для возникновения электрического разряда потребуется большая разность потенциалов», — отметил Кён.
Дело в том, что в таких условиях электроны реже сталкиваются: это приводит к более медленному накоплению электрических зарядов, достаточных для образования разрядов. Перенося этот результат на древнюю атмосферу, ученые делают вывод: на юной Земле могло быть заметно меньше молний. Это означает и меньшую вероятность абиогенеза.
«Если электрические разряды действительно участвовали в появлении первых пребиотических молекул, нам нужно как следует разобраться с тем, что происходило в то время, — продолжает Кён. — И по-прежнему остается большой вопрос: как все же возникли все те пребиотические соединения?»
Новая работа датских исследователей — лишь начало. Она посвящена только одному из начальных этапов возникновения молнии, в дальнейших планах коллектива — изучение остальных стадий этого сложного процесса, а также моделирование его связи с химическими превращениями.
Комментарии
Лет 10 - 15 назад попался мне цикл лекций о происхождении жизни. Там была одна очень интересная лекция, в которой грузинский учёный рассказывал об опытах, цель которых понять роль метеоритов в продуцировании первичных органических соединений. Там было очень много интересных наблюдений. Например, при остывании плазмы, образующейся после падения метеорита, существует стадия, на которой активно и с большой скоростью синтезируется самая разнообразная органика.
Кроме того, в плазменном факеле от импакта формируется магнитное поле, конфигурация которого объясняет особенности хиральности органических молекул, составляющих живые существа.
А вообще, чем дальше, тем с большим интересом я воспринимаю концепции из ряда панспермии и т.п. Ну не было на Земле столько времени, чтобы успела сформироваться законченная система наследственности. Может это оберрации научпопа, но складывается ощущение, что все земные организмы, включая самых неродственных, обладают практически идентичным аппаратом наследственности (рибосомы, например...) вплоть до взаимозаменяемости белков и генов.
То есть никаких следов эволюции этой системы (упрощённые или альтернативные варианты) на Земле пока не обнаружили. А ведь если взять любую группу родственных видов, скажем тех же млекопитающих, то всегда найдутся альтернативные ветви(однопроходные там всякие, сумчатые...) организмы, похожие на общих предков, причём на самых разных этапах эволюции и т.п. То есть даже не углубляясь в палеонтологию можно пусть в самых общих чертах, но представить эволюционную историю группы. А вот по ряду важнейших клеточных механизмов ничего похожего нет...
Гипотеза панспермии не отвечает на вопрос о механизмах зарождения жизни, она их переносит в неведомые дали. И это главный вопрос к этой гипотезе "ну хорошо а там тогда как?"
А там были лярдов 3 - 5 лет именно на эволюцию от сложной химии до готовой клетки. От какого-нибудь энзима до готовой рибосомы, от коротеньких пептидов, до гигантских молекул-ферментов, от как-то взаимно друг-друга синтезирующих белков, РНК и ДНК до ситуации, характеризуемой известной догмой ДНК - РНК - белок. Ну не верится мне, что всё это произошло за считанные сотни млн лет. Да и судя по взаимоисключающему характеру мембран бактерий и архей эволюция наследственности происходила либо до появления целостной клетки, либо каким-то иным независимым образом. + состав клетки свидетельствует о какой-то совсем иной химической среде, нежели имеется на Земле.
Вот многоклеточность точно земного происхождения, ибо межклеточная среда соответствует составу земного океана. Вплоть до того, что в простейших случаях морская вода может напрямую заменять ту же кровь.
Комментарий удален пользователем или модератором...
Ну не сказать, чтобы уж такая случайность. При наличии устойчивого потока вещества и энергии через системы с большими площадями границ между различными средами может осуществляться весьма сложная химия. Взять, например, глинистые минералы в приливно-отливной зоне морских побережий... Или пористые минералы возле разного рода курильщиков... Есть, например, неорганические минералы (аппатит, если склероз не путает), геометрия которых сходна с ДНК и на которых эта ДНК может синтезироваться непосредственно... Ну и т.п. Дарвиновская эволюция началась с того момента, когда появились первые репликаторы, способные воспроизводить себя хоть с какой-то точностью...
Мне непонятны критерии по которым вы определили что 500 млн лет недостаточно для возникновения жизни, а вот 5000 млн в самый раз.
Критерий, в основном, космологический. Звёзды должны успеть наработать астрономические металлы в достаточном количестве, а из их остатков сформироваться планетные системы.
А вообще, главный критерий - это то, что на Земле пока не обнаружено следов эволюции аппарата наследственности. См. предыдущий мой коммент.
А туда тоже занесли, и туда, откуда занесли, занесли откуда-то ещё - и так до бесконечности. Этакая цепочка без начала.
Тогда версия описанная в библии ничуть не хуже других.
это говорил еще Карл Маркс (без шуток)
насколько мне известно, панспермию уже не воспринимают всерьез
у нас про абиогенез очень хорошо и много пишет Михаил Никитин
Если верить послесловию в этой книге https://elementy.ru/bookclub/book/433/Lestnitsa_zhizni
то описанный эксперимент 70-летней давности давным-давно уже никто не связывает с возможностью зарождения жизни на Земле. Возможно, с 2013 года поменялось многое, но в послесловии книги в качестве приоритетной называют гипотезу о том, что жизнь зародилась в мелких лужах, постоянно освещаемых солнечными лучами, но не высыхающих по тем или иным причинам.
Ну во всяком случае вода должна быть горячей и совсем не обязательно океанской. Тадаси Сугавара вообще создавал протоклетку при температуре в 94С Такое могло случится рядом с горячими источниками которые часто соседствуют с вулканами. А про маленький теплый пруд писал еще Дарвин ))
Учитывая всё что мы уже узнали о вселенной может оказаться так, что каждый из вариантов был верен одновременно, и жизнь зарождалась в разных участках Земли и на разных этапах каждым из этих вариантов.
Учитывая разнообразие жизни и её объёмы от бактерий и вирусов, одноклеточных сидящих в каждой капле воды, множества растений и грибов, до осьминогов и человека - можно с уверенностью говорить что у нас никогда не было общих предков, зато были очень много похожих предков одновременно и в разные эпохи тоже.
Схожесть предков легко объясняется химией, одинаковостью молекул и белков, появляющихся в одинаковых условиях