В первичной атмосфере Земли было меньше молний, а значит, и шансов на зарождение жизни

Сейчас ученые почти уверены, что жизнь зародилась именно на Земле. Этому предшествовало самопроизвольное появление биологических молекул, для которого потребовалось много энергии. Вероятно, ее источником служили древние молнии — однако новое исследование показало, что их поначалу могло быть не так уж много.

В 1952 году юный аспирант Стенли Миллер и его маститый, уже получивший Нобелевскую премию научный руководитель Гарольд Юри провели эпохальный эксперимент. В паре соединенных стеклянных колб они воссоздали условия, которые якобы существовали на Земле 3,8 миллиарда лет назад: химический состав газов, высокую температуру и электрические разряды. Ученые считали, что этого было достаточно для самопроизвольного появления первых биологических молекул на безжизненной в то время Земле.

Эксперимент Гарольда — Юри увенчался небывалым успехом: их аппарат тут же произвел несколько аминокислот, строительных блоков для белков. В итоге никому не известный аспирант Миллер тут же оказался единственным автором статьи в ведущем научном журнале Science (небывалое достижение для молодого ученого) и попал на передовицы мировых СМИ.

Однако со временем ученые усомнились, что тот опыт был проведен корректно. В качестве газовой смеси Миллер и Юри использовали метан и аммиак, однако позднее исследователи пришли к выводу, что первая атмосфера Земли, на самом деле, состояла главным образом из углекислого газа и азота.

Теперь по знаменитому опыту, в свое время попавшему на передовицу The New York Times, нанесен еще один серьезный удар: из новой публикации следует, что первичная атмосфера не слишком располагала к возникновению молний. Стало быть, для появления первых биологических молекул потребовалось больше времени, чем считали ранее. Это означает и определенные трудности для зарождения жизни.

Электроны, участники всех без исключения химических процессов, по-разному ведут себя в различных средах. Поэтому в смеси метана с аммиаком или углекислоты с азотом химические превращения происходят по-разному. Открытым оставался вопрос, насколько различается в таких смесях поведение электрических разрядов. Очевидно, различия могли повлиять на ход абиогенеза — появление первой жизни из неживой материи.

Чтобы разобраться с этим, Кристоф Кён (Christoph Köhn) и его коллеги из Технического университета Дании создали модель, описывающую вероятность возникновения стримера — начального этапа формирования молнии. Оказывается, в атмосфере углекислого газа этот процесс происходит медленнее.

«По сути, в атмосфере с высоким содержанием азота и соединений углерода для возникновения электрического разряда потребуется большая разность потенциалов», — отметил Кён.

Дело в том, что в таких условиях электроны реже сталкиваются: это приводит к более медленному накоплению электрических зарядов, достаточных для образования разрядов. Перенося этот результат на древнюю атмосферу, ученые делают вывод: на юной Земле могло быть заметно меньше молний. Это означает и меньшую вероятность абиогенеза.

«Если электрические разряды действительно участвовали в появлении первых пребиотических молекул, нам нужно как следует разобраться с тем, что происходило в то время, — продолжает Кён. — И по-прежнему остается большой вопрос: как все же возникли все те пребиотические соединения?»

Новая работа датских исследователей — лишь начало. Она посвящена только одному из начальных этапов возникновения молнии, в дальнейших планах коллектива — изучение остальных стадий этого сложного процесса, а также моделирование его связи с химическими превращениями.