Возникновение жизни в инфляционной вселенной практически неизбежно

Новое исследование сочетает биологическую и космологическую модели, чтобы помочь ответить на один из величайших вопросов — есть ли где-то еще жизнь во вселенной? Профессор Томонори Тотани с кафедры астрономии изучил, как строительные блоки жизни могут спонтанно формироваться во вселенной — процесс, известный как абиогенез.

Если во Вселенной и есть что-то определенное, так это то, что жизнь существует. Она должна было возникнуть в какой-то момент времени, в каком-то месте. Но, несмотря на все, что мы знаем из биологии и физики, точные детали о том, как и когда началась жизнь, а также началась ли она где-либо еще, в значительной степени умозрительны.

Поскольку единственная жизнь, о которой мы знаем, находится на Земле, исследования происхождения жизни ограничены конкретными условиями, которые мы находим здесь.

Поэтому большинство исследований в этой области рассматривает самые основные компоненты, общие для всех известных живых существ: рибонуклеиновую кислоту, или РНК.

Это гораздо более простая и важная молекула, чем более известная дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, которая определяет, как мы устроены. Но РНК все же на порядки сложнее, чем те химические вещества, которые ученые обычно находят плавающими в космосе или прилипшими к поверхности метеоритов.

РНК — это полимер, то есть она состоит из химических цепей, в данном случае известных как нуклеотиды. Исследователи в этой области имеют основания полагать, что РНК длиной не менее 40-100 нуклеотидов необходима для самореплицирующегося поведения, необходимого для существования жизни.

При наличии достаточного времени нуклеотиды могут спонтанно соединяться и образовывать РНК при определенных химических условиях. Но современные оценки предполагают, что магическое число от 40 до 100 нуклеотидов не должно было быть возможным в объеме пространства, которое мы рассматриваем в наблюдаемой Вселенной.

— Однако во Вселенной есть нечто большее, чем то, что можно наблюдать, — говорит Томонори Тотани . — В современной космологии считается, что Вселенная пережила период быстрой инфляции, породившей обширную область расширения за горизонтом того, что мы можем непосредственно наблюдать. Фактор этого большего объема в модели абиогенеза чрезвычайно увеличивает шансы возникновения жизни.»

Действительно, наблюдаемая Вселенная содержит около 10 секстиллионов (10²²) звезд. Статистически говоря, вещество в таком объеме должно быть способно продуцировать только РНК, состоящую примерно из 20 нуклеотидов.

Но подсчитано, что благодаря быстрой инфляции, Вселенная может содержать более 10¹⁰⁰  звезд, и если это так, то более сложные, поддерживающие жизнь структуры РНК более чем вероятны, они практически неизбежны.

«Как и многие в этой области исследований, я движим любопытством и большими вопросами», — говорит Томонори Тотани.

«Сочетание моих недавних исследований в области химии РНК с моей долгой историей космологии приводит меня к пониманию того, что существует правдоподобный способ, которым Вселенная должна была перейти из абиотического (безжизненного) состояния в биотическое. Это захватывающая мысль, и я надеюсь, что дальнейшие исследования смогут развить ее, чтобы раскрыть происхождение жизни.»

Tomonori Totani. Emergence of life in an inflationary universe, Scientific Reports (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-58060-0