У биологов нет полного согласия относительно того, где именно появилась первая жизнь на Земле. Возможно, она зародилась на дне океана, в неглубоких каменных бассейнах или из строительных блоков, доставленных ударами астероидов — а может быть, из всего вышеперечисленного. Мы знаем, что для выживания всего живого на Земле необходима вода, поэтому, скорее всего, жизнь зародилась именно в ней. Но одной воды недостаточно, чтобы зародить жизнь; ей также нужна энергия.
Сегодня большинство живых существ получают энергию за счет метаболизма сахаров, но этих молекул не существовало 3,7 миллиарда лет назад, когда только зародилась жизнь.
Так какие же источники энергии были доступны для появления первых жителей Земли?
В эпоху хадеев (примерно 4,6-4 миллиарда лет назад) Земля была в основном океаническим миром, изредка из воды высовывались вулканические острова. По словам Элои Кампруби-Касас (откроется в новой вкладке), биолога, изучающего происхождение жизни в Техасском университете Рио-Гранде-Вэлли, одна из теорий происхождения жизни заключается в том, что ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца способствовало образованию сложных молекул в мелких каменных бассейнах на вулканических островах.
"Ультрафиолетовое [излучение] прекрасно тем, что оно настолько энергично, что генерирует ионизированные молекулы, делая их более реактивными" и повышая вероятность объединения в более крупные и сложные молекулы, необходимые для создания строительных блоков для жизни, сказал Кампруби-Касас в интервью Live Science. Однако "ультрафиолетовое излучение также создает проблему разрушения всего, что у вас есть", - сказал Кампруби-Касас. Таким образом, даже при образовании сложных молекул они также могли разрушаться под воздействием солнечной радиации.
Поэтому Кампруби-Касас и его коллеги подозревают, что зарождение жизни произошло где-то далеко от этих теплых водоемов — на дне моря, где горячая, щелочная вода смешивалась с холодной, кислой водой, создавая суп химической энергии, который мог послужить искрой для эволюции жизни.
Глубоко под поверхностью океана на границах плит образуются зоны геотермальной активности, когда магма поднимается из мантии Земли. Холодная океаническая вода просачивается в трещины в этих горячих зонах и растворяет минералы в породе. Когда горячая вода поднимается из трещин и стекает в холодный океан, минералы выпадают в осадок, образуя "дымоходы" из органического материала, - объясняет Кампруби-Касас. Эта жидкость очень щелочная и содержит много газообразного водорода, а во время хадеана в атмосферу Земли поступал углекислый газ, большая часть которого растворялась в океане, делая его слегка кислотным.
Когда вода из гидротермальных источников соединилась с углекислым газом, растворенным в воде, образовавшиеся молекулы стали "гораздо более химически активными, и вы можете начать добавлять азот для получения аминокислот или добавлять азот и кислород для образования строительных блоков ДНК", - сказал Кампруби-Касас.
Доставка строительных блоков жизни из космоса
Одна из теорий происхождения жизни на Земле предполагает, что строительные блоки жизни были доставлены ударами астероидов, которые были более распространены в хадеане, чем сегодня. На астероиде слой льда мог защитить простые сахара и мелкие аминокислоты — сырье, необходимое для пребиотической химии — от сильного солнечного излучения, говорит Парта Бера (откроется в новой вкладке), научный сотрудник Института экологических исследований NASA в районе залива.
"Эти тела подвергаются воздействию солнечного света в течение миллионов лет, и они производят радикалы — активные ингредиенты — которые могут реагировать друг с другом даже при низкой температуре", - сказал Бера в интервью Live Science. Радикалы - это атомы, молекулы или ионы с лишним электроном, благодаря чему они готовы вступить в реакцию с чем угодно.
Согласно этой гипотезе зарождения жизни, когда эти астероиды столкнулись с Землей, высокореактивные молекулы смешались бы с другими простыми молекулами в океане и создали сложную химию, необходимую для запуска жизни. В этом случае источником энергии также могло быть геотермальное тепло, говорит Бера.
Поскольку существует очень мало образцов горных пород, относящихся к этому периоду истории Земли, невозможно точно сказать, какой источник энергии — солнце, геотермальная химия или геотермальное тепло — послужил толчком к эволюции жизни. Но исследования в лабораториях и бурные дебаты помогут нам разобраться в возможных истоках.
