Сделать возможной жизнь на Земле могли древние континенты

Фото из открытых источников

Стандартная история происхождения жизни начинается в океане — вокруг вулканических жерл, где тепло, минералы и подходящий химический состав, возможно, способствовали появлению первых живых организмов.

Однако с этой историей есть одна проблема. В океане также присутствовал критически важный элемент в концентрациях, достаточно высоких для того, чтобы быть токсичным. Для того чтобы снизить этот уровень и поддерживать его на этом уровне, потребовались совершенно другие вещи.

В центре этой истории — химический элемент бор. Жизнь абсолютно необходима для его существования, но только в узком диапазоне концентраций. Избыток бора отравляет клетки. Недостаток – и ранние стадии развития живых организмов никогда не получают необходимых химических веществ.

Брендан Дайк из Университета Британской Колумбии посвятил годы изучению того, как внутреннее строение Земли влияет на жизнь на поверхности. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Terra Nova.

Современная морская вода вполне комфортно вписывается в этот химический диапазон. Древняя морская вода, та, что плескалась на Земле до появления каких-либо материков, почти наверняка в него не вписывалась.

Почему бор вообще должен фигурировать в дискуссии о происхождении жизни? Из-за рибозы. Рибоза — это сахар, который скрепляет РНК, и сама по себе она, как известно, очень хрупкая.

Лабораторные эксперименты показывают, что рибоза распадается в воде в течение нескольких часов — зачастую еще до того, как она сможет быть включена в более сложные структуры. Это проблема для любой теории, которая изначально возникла на основе РНК.

Борат – бор с дополнительным кислородом – связывается с рибозой и удерживает её в стабильном состоянии. Эта стабилизация является самым чистым ответом на проблему рибозы, лежащую в основе гипотезы о мире РНК, который удалось найти. Вот тут-то геология и начинает мрачно описываться. До 3,7 миллиарда лет назад Земля была почти полностью покрыта океаном.

Земная кора состояла в основном из базальта — плотной темной породы, которая до сих пор служит дном для современных морей. Базальт высвобождает бор в морскую воду, а не накапливает его.

Дайк и его коллега, Джон Уэйд из Оксфордского университета, подсчитали, что бор выщелачивался в воду, достигая концентраций, достаточно высоких, чтобы стать токсичным. 

Такая химическая среда была крайне неблагоприятна для всего, что пыталось стать жизнью. Хрупкие молекулы распались бы быстрее, чем смогли бы соединиться. Ситуация изменилась, когда на поверхность начали проступать первые значительные участки суши. Континенты состоят из богатой гранитом породы – более легкой и химически сложной, чем базальт.

Гранит выветривается медленно. В процессе эрозии он постепенно высвобождает содержащиеся в нем элементы, а не затопляет море сразу. Происходит постоянное поступление растворенного бора в поверхностные воды. По мере распространения континентальной коры концентрация бора постепенно приближалась к уровням, которые мы наблюдаем сегодня – достаточно низким для использования и достаточно высоким для выполнения работы.

Секрет кроется в минерале под названием турмалин. Большинство людей знают турмалин как ярко окрашенный драгоценный камень, используемый в ювелирных изделиях. Геологи же считают его основным долговременным хранилищем бора на Земле.

Турмалин легко образуется внутри пород, богатых гранитом. После образования он удерживает бор в своей кристаллической структуре на протяжении сотен миллионов лет. Без этого механизма ограничения концентрации, необходимой для функционирования биологических систем, окно концентрации никогда бы не оставалось открытым.

Новое заключается в механизме этого явления. Эксперты обнаружили, что турмалин нелегко кристаллизуется. Ему нужна поверхность, на которой он может расти. Слюда – чешуйчатый, листовидный минерал, придающий граниту сверкающие вкрапления, – оказалась совершенно верной.

Эти два минерала имеют достаточно схожую атомную структуру, чтобы турмалин мог прикрепиться к зерну слюды и начать расти. Геологи называют это эпитаксией. До этой статьи никто не мог точно определить, почему турмалин так распространен в континентальных породах.

Ответ, основанный на использовании слюды, сдвигает временные рамки стабильного хранения бора как минимум на 3,7 миллиарда лет назад. Последствия этого выходят за пределы Земли. Отдельные исследования марсианских пород показывают наличие там бора, но в химических формах, почти полностью связанных с базальтовыми породами.

На Марсе никогда не образовывались обширные гранитные континенты. Если именно континенты стабилизируют содержание бора на поверхности, то в мирах без них химический состав поверхности может резко меняться — иногда его слишком много, иногда слишком мало, и редко бывает нужное количество в течение достаточно длительного времени.

Иными словами, геологическая эволюция планеты может быть столь же важна для её обитаемости, как и её расстояние от Солнца.

«Речь идёт о геологической системе контроля химического состава поверхности Земли», — сказал Дик.

Основные утверждения исследования основаны на минеральном анализе и геохимическом моделировании, а не на прямых измерениях химического состава древнего океана. Оценки уровня бора на Земле до образования континентов, полученные исследователями на основе геохимических моделей, а не прямых свидетельств, сохранившихся в древних отложениях.

Проверка этих расчетов на дополнительных образцах древних горных пород может подтвердить или опровергнуть полученные результаты. В основе исследования лежит изучение комплекса Исуа в Гренландии, где турмалин был обнаружен в породах возрастом 3,7 миллиарда лет.

Пригодность планеты для жизни зависит не только от местоположения. Она также зависит от медленного процесса изменения ее недр — от того, образуются ли необходимые минералы в необходимых местах, чтобы поддерживать благоприятные для жизни химические процессы на поверхности.

Для астробиологии вывод конкретен. Поиск жизни на других мирах может потребовать новых критериев: не только воды и благоприятной звезды, но и планеты, на которой сформировались гранитные континенты.

В исследовании, посвященном глубокому прошлому Земли, дается более ясный ответ на старую загадку. Первая суша не просто дала жизни место для зарождения. Она создала океан, где жизнь действительно могла возникнуть.