Возникновение жизни зависело от смертельно ядовитого газа, предполагает новое исследование

Когда-то на Земле не было жизни. Однако в один прекрасный момент она появилась. Был ли этот процесс постепенным или быстрым, преобразование химии в биохимию на нашей планете было одним из самых удивительных событий, произошедших во Вселенной. Это настолько редкое явление, что на сегодняшний день у нас нет абсолютно никаких свидетельств существования какой-либо формы жизни где-либо еще в космосе.

Так что же именно произошло? Ответ на этот вопрос находится на пересечении передовых исследований в области астрономии, биологии, химии и геологии. В недавнем исследовании ученые предполагают, что может потребоваться вся планета, чтобы вырастить самовоспроизводящуюся молекулу, включающую сложное взаимодействие богатых водородом метеоритов, вулканической активности, теплых прудов и маловероятного предшественника жизни: цианистого водорода.

Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад и сразу же пережила бесчисленное количество столкновений, в том числе одно достаточно сильное, чтобы создать Луну. В конце концов, все успокоилось настолько, что жизнь появилась где-то между 4,4 и 3,7 миллиарда лет назад.

Те ранние формы жизни почти наверняка сильно отличались от современных. Это потому, что современным формам жизни требуются три макромолекулы: ДНК, РНК и белки. Грубо говоря, наша ДНК хранит информацию, РНК передает эту информацию для производства белков, а белки выполняют большую часть работы по поддержанию жизни, включая репликацию ДНК.

Эта система настолько взаимосвязана, что вряд ли все сразу появилось в ее современном виде. Но примитивной жизни по-прежнему необходимо было выполнять основные функции жизни: хранить информацию, воспроизводить себя и катализировать другие химические реакции.

Вполне возможно, что РНК сама по себе способна выполнять все три функции — определенно не так эффективно, как комбинация ДНК, РНК и белка, которую мы имеем сегодня, но она может стать отправной точкой для жизни.

Если РНК сможет стать примитивной формой жизни, тогда дарвиновская эволюция сможет взять верх, позволив появиться более сложным и более эффективным биохимическим процессам. Так что, возможно, чтобы раскрыть происхождение жизни на Земле, нам просто нужно много самовоспроизводящихся РНК. Но откуда берется самовоспроизводящаяся РНК?

В новом исследовании ученые разработали сложную модель ранней Земли. Это происходило примерно так:

Только что произошло массивное столкновение с планетой Тейя, создавшее Луну. Поверхность Земли остыла после этого, океаны и континенты только начали формироваться. Это было все еще довольно неприятное место. Метеориты, оставшиеся от образования Солнечной системы, постоянно обрушивались на молодую Землю, а действующие вулканы покрывали всю планету.

Удары метеоритов, какими бы неприятными они ни были, доставили на Землю ключевой элемент: водород. Водород — самый легкий элемент, поэтому он не задерживается надолго, если не связывается с другими молекулами.

Но по мере того, как метеориты доставляли свежие запасы водорода в атмосферу Земли, вулканы извергали огромное количество углекислого газа. Кроме того, океаны были намного теплее, чем сегодня, и они постоянно испарялись в атмосферу. Наконец, из подводных жерл вытекал метан.

Поскольку все эти молекулы накапливались в атмосфере, удары молнии и ультрафиолетовое излучение Солнца давали энергию, чтобы немного встряхнуть ситуацию. В данном случае эти источники обеспечивали энергию, необходимую для образования… цианистого водорода.

Цианистый водород — ядовитый газ, который может означать верную смерть современной жизни, возможно, был самой важной молекулой в развитии той же самой жизни вначале времен.

Ключевым свойством циановодорода является то, что он реагирует сам с собой. А поскольку жизнь можно рассматривать как очень сложную версию химических веществ, взаимодействующих друг с другом, цианистый водород кажется интригующей отправной точкой.

Кроме того, цианистый водород реагирует с другими молекулами, такими как формальдегид, с образованием других интересных биомолекул. Эти биомолекулы, в свою очередь, являются строительными блоками азотистых оснований, рибозы и нуклеотидов, которые затем образуют РНК.

В своей работе исследователи обнаружили, что цианистый водород может выпадать из атмосферы с дождем в теплые небольшие водоемы, где соединение начинает свой молекулярный танец с другими природными молекулами.

Они обнаружили, что в течение 100 миллионов лет около 4,4 миллиардов лет назад количества цианистого водорода, выпадающего в водоемы, было достаточно для создания высоких концентраций аденина, одного из компонентов РНК.

В конце концов, когда метеориты перестали падать на нашу планету, уровень водорода в атмосфере упал. Но к тому времени могло быть создано достаточно аденина, чтобы начать формирование цепей РНК, что, возможно, спровоцировало появление самовоспроизведения и начальных стадий жизни, объяснили исследователи.

Хотя эти ранние формы жизни можно было бы считать весьма примитивными с точки зрения современной жизни, самовоспроизводящиеся и катализирующие нити РНК уже представляют собой чрезвычайно сложные молекулы, и их появление обязательно включает в себя множество предшествующих реакций.

Как бы то ни было, давным давно на Земле определенно произошло что-то особенное, и, возможно, началось оно с цианистого водорода.