Жизнь на Земле могла начаться с холода

Фото из открытых источников

После десятилетий выдвижения гипотез о происхождении жизни на Земле, по меньшей мере один астробиолог и его коллеги до сих пор ломают голову над двумя главными загадками. Как простые молекулы стали сложными? И как нашей ранней Земле удалось преодолеть парадокс слабого молодого Солнца и иметь жидкую воду на своей поверхности?

«Я твердо убежден, что жизнь зародилась, как только появились энергия и питательные вещества, позволяющие создавать сложные органические молекулы из более простых», — сказал Владимир Айрапетян из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.

Хотя наличие жидкой воды на поверхности долгое время было лозунгом астробиологии о «обитаемости» планет, это не единственный фактор, который следует учитывать при поиске жизни.

Более 4 миллиардов лет назад наше молодое Солнце было на 25-27% тусклее, чем сегодня, и при таком слабом Солнце Земля должна была бы быть замерзшим шаром, но мы знаем, что это было не так, говорит Айрапетян. По его словам, существовала стоячая жидкая вода.

Земля была бы покрыта льдом, за исключением экваториального пояса.

Но остается вопрос: откуда взялась энергия, необходимая для первоначального расщепления молекул азота с образованием сложных органических молекул?

Возможно, ответ кроется в солнечных вспышках.

У молодых звёзд происходят сверхмощные вспышки, сопровождающиеся выбросом миллиардов тонн корональной массы, которые движутся со скоростью в несколько тысяч миль в секунду и при этом создают ударные волны.

Эти корональные выбросы массы создают высокоэнергетические протоны, которые могли выпасть в атмосферу ранней Земли. При этом они начинают сталкиваться с молекулярными частицами атмосферы, такими как азот (N2) и углекислый газ (CO2), и расщеплять их.

Вторая загадка связана с нашим собственным тусклым молодым Солнцем.

Чтобы в то время нагреть нашу планету, нужно было бы выбрасывать огромное количество углекислого газа, что сделало бы небольшие водоемы, где зародилась жизнь, очень кислыми, говорит Айрапетян. Но это сделало бы формирование пребиотической химии и жизни крайне маловероятным и затруднило бы переход к более сложным формам, добавляет он.

В своих моделях Айрапетян и его коллеги использовали десять процентов экспериментально полученной закиси азота из атмосферы ранней Земли, чтобы показать, что экваториальная полоса нашей планеты могла нагреться до 2-3 градусов Цельсия. Это предполагает холодное начало жизни. Это также предотвратило бы испарение органических молекул, таких как цианистый водород, из небольших озер, одновременно способствуя дальнейшему усложнению химической структуры.

Если выбросить в атмосферу слишком много углекислого газа, он впитается в небольшие водоемы и создаст очень кислую среду, говорит Айрапетян. Но мы знаем, что для жизни необходимы щелочные, а не кислые условия, добавляет он.

В качестве примера можно привести щелочной бор, который играет очень важную роль в стабилизации рибозы, важнейшей молекулы для производства рибонуклеиновой кислоты (РНК).

Без рибозы невозможно производить стабильные информационные молекулы РНК и ДНК, говорит Айрапетян.

Неразрешимая загадка?

Мы, возможно, никогда точно не узнаем, как и когда зародилась жизнь на Земле. Но в течение следующих двух десятилетий астробиологи, такие как Айрапетян, будут использовать множество новых наземных и космических телескопов для поиска биосигнатур на каменистых планетах, вращающихся вокруг звезд солнечного типа.

«Пребиотическая химия в любом месте будет выглядеть очень похоже, но по мере ее развития, дивергенции и усложнения мы не можем предсказать, по какому пути она пойдет», — говорит Айрапетян.

Айрапетян менее оптимистично настроен в отношении обнаружения жизни вокруг красных M-карликов, самых распространенных звезд в космосе. Это связано с тем, что для обитаемости каменистой планеты вокруг любой такой звезды необходимы чрезвычайно короткие орбиты.

Подобные красные карлики способны многократно опустошить атмосферу планеты земного типа. Это происходит потому, что красные карлики обычно очень активны; их сверхмощные вспышки способны регулярно уничтожать любую зарождающуюся или уже существующую жизнь.

Вместо доказательства существования жизни, Айрапетян, по его собственному признанию, на начальном этапе не меньше заинтересован в поиске пребиотических признаков жизни на каменистых экзопланетах. С этой целью Айрапетян предлагает сначала поискать спектроскопические следы закиси азота в атмосферах этих далёких миров. Это указывало бы на то, что планета содержит атомарный азот, способный связываться с другими химическими соединениями, образуя сложные молекулы.

Итог? Нам необходимо искать спектроскопические признаки закиси азота, поскольку атмосфера, богатая азотом и углекислым газом, является основным условием для пребиотической химии, считает Айрапетян.