Жизнь на Земле быстро стала независимой от молнии как источника азота

Согласно новому исследованию, проведенному учеными из Центра изучения экзопланет Университета Сент-Эндрюс, роль молнии в обеспечении доступности азота для жизни на Земле могла быть относительно недолгой. Хотя молния считалась основным источником биодоступного азота для жизни на ранней Земле, новое исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, показывает, что биосфера нашей родной планеты быстро стала независимой от этого источника питательных веществ.

Эти результаты также помогут определить источник отложений нитратов на Марсе и, возможно, на других планетах и спутниках нашей Солнечной системы.

Азот является ключевым элементом для возникновения и эволюции жизни, какой мы ее знаем. Как и сегодня, азот в атмосфере ранней Земли в основном присутствовал в виде нереакционноспособных молекул N 2, что лишало организмы легкого доступа к этому ресурсу.

Некоторые микроорганизмы способны преобразовывать газообразный N 2 в биодоступные формы, такие как аммоний, но до возникновения этого метаболизма за расщепление этих молекул N 2 должны были отвечать энергетические процессы, такие как молния.

Чтобы выяснить, как молния может сделать азот доступным для жизни, исследователи из Университета Сент-Эндрюс вместе с коллегами из Института космических исследований (IWF) Австрийской академии наук в Граце и из Университета Брауна в США провели серию экспериментов с искровым разрядом.

Они наполняли стеклянные колбы водой и различными газовыми смесями, напоминающими атмосферы современной и ранней Земли, а затем подвергали эти газовые смеси электрическому разряду напряжением почти 50 000 вольт. После экспериментов ученые измерили состав газовой смеси и воды и обнаружили повышенные концентрации оксида азота, нитритов и нитратов.

Патрик Барт, первый автор этого исследования и доктор философии. «Наши результаты показывают, что молнии могут эффективно производить оксиды азота в атмосфере, богатой СО 2, которая, вероятно, существовала на ранней Земле. Это обеспечивает потенциальный источник питательных веществ для жизни на ранней Земле. времени и на планетах за пределами нашей Солнечной системы».

Однако изотопный состав, который исследователи обнаружили в своих экспериментах с искрой, не соответствует составу азота, заархивированному в горных записях ранней Земли. Это несоответствие предполагает, что молния не была основным источником азота по мере развития микробной жизни.

Вместо этого эти результаты предоставляют еще одно свидетельство того, что микроорганизмы способны преобразовывать газообразный N 2 в биодоступные формы уже более трех миллиардов лет.

Однако есть несколько образцов горных пород из зеленокаменного пояса Исуа в Гренландии, возраст которых составляет почти 3,8 миллиарда лет, и изотопный состав которых потенциально может быть объяснен внесением азота в результате молнии.

Доктор Ева Штюкен из Школы наук о Земле и окружающей среде Сент-Эндрюсского университета и член Сент-Эндрюсского центра изучения экзопланет сказала: «Это говорит о том, что молния могла поддерживать самую раннюю жизнь на Земле. Теперь, когда мы установили изотопную сигнатуру молнии, это может помочь в расследовании происхождения отложений нитратов на Марсе».

Чтобы сообщить о влиянии находок, команда в сотрудничестве с художниками создала выставку, которая включает в себя видео Патрика Барта о роли молнии на экзопланетах. Исследование также вдохновило на создание рассказа «Искра в колбе», опубликованного в антологии научной фантастики «Вокруг далеких солнц», в котором рассказывается история о роботе, занимающемся экспериментами с искрами на Луне.

Профессор Кристиан Хеллинг, соучредитель Сент-Эндрюсского центра исследований экзопланет и директор IWF, сказала: «Для распространения нашей науки важно отразить исключительную уникальность земной атмосферы в астрономическом контексте».