Где жизнь впервые появилась на земле?

Где жизнь впервые появилась на Земле? Некоторые ученые считают, что это могло быть вокруг гидротермальных жерл, которые могли существовать на дне океана 4,5 миллиарда лет назад. В новой статье в журнале Astrobiology ученые из Лаборатории реактивного движения NASA описывают, как они имитировали возможные древние подводные среды с помощью сложной экспериментальной установки. Они показали, что при экстремальном давлении жидкость из этих древних трещин на морском дне, смешанная с океанской водой, могла реагировать с минералами из гидротермальных жерл с образованием органических молекул – строительных блоков, составляющих почти всю жизнь на Земле.

В частности, исследование закладывает важную основу для углубленного изучения таких океанских миров, как спутник Сатурна Энцелад и спутник Юпитера Европа, которые, как полагают, имеют жидкую воду океанов, погребенную под толстыми ледяными корками и способную принимать гидротермальную активность, похожую на то, что моделируется в JPL. Эта область исследований относится к области исследований, известной как астробиология, и эта работа была проделана командой JPL Icy Worlds в рамках бывшего Института астробиологии NASA.

Под древним морем

Чтобы смоделировать условия, которые могли существовать на дне океана недавно сформированной Земли, до того, как море наполнилось жизнью, тогдашняя аспирантка Лорен Уайт и коллеги провели эксперимент, который собрал три ключевых компонента: богатую водородом воду, такую, ​​чтобы это могло вытечь из-под морского дна через вентиляционные отверстия, морскую воду, обогащенную углекислым газом, как это было бы в древней атмосферы, и несколько минералов, которые могли образоваться в этой среде.

Уайт и ее коллеги, в том числе ее выпускник-консультант, бывший ученый JPL Майкл Рассел, имитировали вентиляционные отверстия, которые не извергали особенно горячей воды (это было только около 212 по Фаренгейту или 100 градусов по Цельсию). Одной из основных проблем при создании экспериментальной установки было поддержание того же давления, которое было найдено на 0,6 мили (1 километр) ниже поверхности океана – примерно в 100 раз больше атмосферного давления на уровне моря. Предыдущие эксперименты проверяли подобные химические реакции в отдельных камерах высокого давления, но Уайт и ее коллеги хотели более полно воспроизвести физические свойства этих сред, в том числе то, как жидкости текут и смешиваются друг с другом. Это потребует поддержания высокого давления в нескольких камерах, что усложняет проект. (Поскольку трещина или утечка даже в одной камере высокого давления представляет угрозу взрыва, в таких случаях это стандартная рабочая процедура для установки взрывного щита между аппаратом и учеными.)

Ученые хотели определить, могли ли такие древние условия произвести органические молекулы – те, которые содержат атомы углерода в петлях или цепях, а также с другими атомами, чаще всего водородом. Примеры сложных органических молекул включают аминокислоты, которые в конечном итоге могут образовывать ДНК и РНК .

Но так же, как яйца, мука, масло и сахар – это не то же самое, что пирог, присутствие углерода и водорода в раннем океане не гарантирует образование органических молекул. Хотя углерод и атом водорода могут врезаться друг в друга в этом доисторическом океане, они не будут автоматически объединяться, образуя органическое соединение. Этот процесс требует энергии, и точно так же, как шар не покатит холм сам по себе, углерод и водород не будут связываться друг с другом без энергичного толчка.

Предыдущее исследование, проведенное Уайт и ее коллегами, показало, что вода, пульсирующая через гидротермальные жерла, могла образовывать сульфиды железа. Действуя в качестве катализатора, сульфиды железа могут обеспечить этот энергетический толчок, снижая количество энергии, необходимое для взаимодействия углерода и водорода, и увеличивая вероятность того, что они образуют органику.

Новый эксперимент проверил, могла ли эта реакция произойти в физических условиях вокруг древних донных жерл, если бы такие жерла существовали в то время. Ответ? Да. Команда создала формиат и некоторые количества метана, как органических молекул.

Признаки жизни

Природный метан на Земле производится в основном живыми организмами или в результате разложения биологического материала, в том числе растений и животных. Может ли метан на других планетах быть признаком биологической активности? Чтобы использовать метан для поиска жизни в других мирах, ученым необходимо понимать как его биологические, так и не биологические источники, такие как источник, идентифицированный Уайт и ее коллегами.

“Я думаю, что очень важно то, что мы показали, что эти реакции происходят в присутствии таких физических факторов, как давление и поток”, – сказал Уайт. – “Мы еще далеки от демонстрации того, что жизнь могла сформироваться в этих условиях. Но если кто-то когда-нибудь захочет сделать это, я думаю, нам нужно было продемонстрировать выполнимость каждого шага процесса; мы ничего не можем принять как должное”.

Работа основана на гипотезе Майкла Рассела о том, что жизнь на Земле могла сформироваться на дне раннего океана Земли. Образование органических молекул было бы важным шагом в этом процессе. Ученые из той же исследовательской группы JPL исследовали другие аспекты этой работы, такие как воспроизведение химических условий в раннем океане, чтобы продемонстрировать, как там могут образовываться аминокислоты. Однако новое исследование уникально тем, что оно воссоздало физические условия этих сред.

В ближайшие несколько лет NASA запустит Europa Clipper, который выйдет на орбиту Юпитера и выполнит несколько полетов над ледяным спутником Европа. Ученые полагают, что шлейфы там могут извергать воду в космос из океана Луны, который лежит подо льдом от 2 до 20 миль (от 3 до 30 километров). Эти шлейфы могут предоставить информацию о возможных гидротермальных процессах на дне океана, глубина которого предположительно составляет около 50 миль (80 километров). Новая статья способствует растущему пониманию химии, которая может иметь место в океанах, отличных от нашего, что поможет ученым интерпретировать результаты этой миссии и других грядущих.

По материалам Scitechdaily