Исследование НАСА воспроизводит происхождение жизни на дне океана

Ученые воспроизвели в лаборатории, как ингредиенты для жизни могли сформироваться глубоко в океане 4 миллиарда лет назад. Результаты нового исследования дают представление о том, как началась жизнь на Земле и где еще в космосе мы могли бы ее найти.

Астробиолог Лора Бардж и ее команда в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, работают над распознаванием жизни на других планетах, изучая происхождение жизни здесь, на Земле. Их исследования направлены на то, как строительные блоки жизни образуются в гидротермальных жерлах на дне океана.

Чтобы воссоздать гидротермальные жерла в лаборатории, команда создала свои собственные миниатюрные морские условия, наполнив колбы смесями, которые имитируют первозданный океан Земли. Эти основанные на лаборатории океаны действуют как питомники для аминокислот, органических соединений, которые необходимы для жизни, какой мы ее знаем. Как и блоки лего, аминокислоты строятся друг на друге, образуя белки, которые составляют все живое.

«Понимание того, как далеко вы можете продвинуться только с органическими веществами и минералами до того, как у вас будет настоящая клетка, действительно важно для понимания того, из каких типов среды может возникнуть жизнь», — говорит Лора Бардж, ведущий исследователь и первый автор нового исследования, опубликованного в издании Proceedings of the National Academy of Sciences. «Кроме того, изучение влияния таких факторов, как атмосфера, океан и минералы, поможет понять, насколько вероятно, что это произошло на другой планете».

Обнаруженные вокруг морского дна трещины, гидротермальные жерла — это места, где образуются естественные дымоходы, выделяющие жидкость, нагретую ниже земной коры. Когда эти дымоходы взаимодействуют с морской водой вокруг них, они создают среду, которая постоянно меняется, что необходимо для развития и изменения жизни. Эта темная, теплая среда, питаемая химической энергией от Земли, может быть ключом к тому, как жизнь может сформироваться в мирах, находящихся в нашей солнечной системе, вдали от солнечного тепла.

В своих экспериментах ученые использовали ингредиенты, обычно встречающиеся в раннем океане Земли. Они объединили воду, минералы и «предшественники» молекул пирувата и аммиака, которые необходимы для начала образования аминокислот. Они проверили свою гипотезу, нагревая раствор до 70 градусов по Цельсию — той же температуры, что и у гидротермального вентиляционного отверстия, — и корректировали pH, чтобы имитировать щелочную среду.

Они также удалили кислород из смеси, потому что, в отличие от сегодняшнего дня, на ранней Земле было очень мало кислорода в океане. Команда ученых дополнительно использовала минеральную гидроокись железа, или «зеленую ржавчину», которая была в изобилии на ранней Земле.

Зеленая ржавчина реагировала с небольшим количеством кислорода, который ученые впрыскивали в раствор, производя аминокислоту аланин и лактат альфа-гидроксикислоты. Альфа-гидроксикислоты являются побочными продуктами аминокислотных реакций, но некоторые ученые предполагают, что они тоже могут объединяться, образуя более сложные органические молекулы, которые могут привести к жизни.

«Мы показали, что в геологических условиях, похожих на раннюю Землю и, возможно, на других планетах, мы можем образовывать аминокислоты и альфа-гидроксикислоты из простой реакции в мягких условиях, которые существовали бы на морском дне», — сказала Лора Бардж.

Создание учеными аминокислот и альфа-оксикислот в лаборатории является кульминацией девяти лет исследований происхождения жизни. В прошлых исследованиях выяснялось, находятся ли подходящие компоненты для жизни в гидротермальных жерлах, и сколько энергии могут генерировать эти жерла (достаточно для питания лампочки).

Но в новом исследовании, впервые команда ученых наблюдала за окружающей средой, очень похожей на гидротермальный процесс, который вызывает органическую реакцию. Ученые продолжат изучать эти реакции в ожидании поиска большего количества ингредиентов для жизни и создания более сложных молекул. Шаг за шагом они медленно продвигается вверх по цепочке жизни.

Laura M. Barge et al. Redox and pH gradients drive amino acid synthesis in iron oxyhydroxide mineral systems, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1812098116