Жизнь на Земле могла начаться в холоде — новая модель происхождения органики

Более четырёх миллиардов лет назад молодое Солнце было на четверть менее ярким, чем сегодня. При таком излучении Земля, согласно расчётам, должна была превратиться в замёрзший шар. Однако геологические данные указывают на существование жидкой воды. Как это могло произойти? Ответ, возможно, кроется в сочетании парниковых газов и солнечных вспышек. И этот сценарий предполагает, что жизнь на нашей планете началась не в тёплом океане, а в холоде.

Холодный старт

Астрофизик Владимир Айрапетян из Центра космических полётов имени Годдарда NASA предложил модель, согласно которой Земля могла быть покрыта льдом почти целиком, а условия для появления жизни сохранялись лишь в районе экватора. Исследователи назвали этот сценарий «холодным стартом» жизни.

В своей модели учёные использовали закись азота. При концентрации этого газа около десяти процентов в атмосфере расчёты показали, что экваториальный пояс Земли мог прогреваться до положительных температур. При этом большая часть планеты оставалась бы покрытой льдом.

«Это предполагает холодное начало жизни. Это также предотвратило бы испарение органических молекул, таких как цианистый водород, из небольших озёр, одновременно способствуя дальнейшему усложнению химической структуры», — говорится в исследовании.

В этих условиях небольшие участки жидкой воды могли стать местом для химических реакций. Холодная среда препятствовала испарению органических соединений. В частности, цианистый водород — важный участник пребиотической химии — мог сохраняться в небольших озёрах и участвовать в дальнейших реакциях.

Энергия из космоса

Оставался вопрос: откуда взялась энергия для разрушения молекул азота и образования сложных органических соединений? По версии исследователей, источником могли быть мощные солнечные вспышки.

Молодые звёзды способны производить мощные вспышки, сопровождающиеся выбросами корональной массы. В результате образуются высокоэнергетические протоны, которые достигали атмосферы ранней Земли. Сталкиваясь с молекулами азота и углекислого газа, они разрушали их и запускали химические процессы, необходимые для образования более сложных соединений.

Важным условием были щелочные условия. В качестве примера исследователи приводят бор, который необходим для стабилизации рибозы — молекулы, играющей ключевую роль в формировании РНК. Без рибозы невозможно образование стабильных информационных молекул РНК и ДНК.

Что это значит для поиска жизни

Исследователи пока не могут точно установить, когда и каким образом появилась жизнь на Земле. Однако в ближайшие десятилетия учёные смогут использовать новые телескопы для поиска биосигнатур на каменистых планетах, обращающихся вокруг звёзд, похожих на Солнце.

Айрапетян предлагает искать не только признаки уже существующей жизни, но и так называемые пребиотические сигнатуры. В частности, внимание может привлечь закись азота в атмосферах далёких планет. Её наличие могло бы указывать на присутствие атомарного азота, способного связываться с другими химическими элементами и участвовать в образовании сложных молекул.

«Нам необходимо искать спектроскопические признаки закиси азота, поскольку атмосфера, богатая азотом и углекислым газом, является основным условием для пребиотической химии», — подчёркивает Айрапетян.

Жизнь на Земле могла начаться не в тёплом океане, а в ледяном мире, где лишь узкий пояс вокруг экватора оставался пригодным для сложной химии. Солнечные вспышки давали энергию, парниковые газы согревали, а холод сохранял хрупкие молекулы. И если это так, то в поисках жизни на других планетах нам стоит обратить внимание не только на тёплые миры, но и на те, что кажутся нам слишком холодными. Возможно, именно там, подо льдом, скрывается то, что мы ищем.