Как появилась жизнь
Дарвин честно признавался: он не может дать ответ на вопрос, почему в ископаемой летописи старше примерно полумиллиарда лет не обнаружено никаких следов живых существ. Потом наука отыскала свидетельства жизни на 3 млрд лет старше. Однако живое отделилось от неживого раньше, и осязаемых следов этого события, похоже, не существует.
Михаил Федонкин
Именно поэтому таинство возникновения жизни, которое не может быть изучено на ископаемых материалах, является предметом теоретических и экспериментальных изысканий и проблемой не столько биологической, сколько геологической. Можно смело сказать: истоки жизни находятся на другой планете. И дело вовсе не в том, что первые биологические существа были принесены к нам из космоса (хотя подобные гипотезы и обсуждаются). Просто та, ранняя Земля была очень мало похожа на нынешнюю.
Великолепная метафора для понимания сущности жизни принадлежит знаменитому французскому естествоиспытателю Жоржу Кювье, который уподобил живой организм смерчу.
Животворящие «курильщики»
Одна из групп существующих ныне гипотез рассматривает в качестве колыбели жизни горячие источники на дне океанов, температура воды в которых может превышать сотню градусов. Подобные источники существуют и по сей день в районе рифтовых зон океанического дна и называются «черными курильщиками».
Выносимые на поверхность сульфиды железа и никеля образуют на дне преципитат пирита и греигита- осадок в виде пористой шлакообразной породы. Некоторые современные ученые, например Майкл Рассел, выдвинули гипотезу о том, что именно эти насыщенные микропорами (пузырьками) породы стали колыбелью жизни. В микроскопических пузырьках могли формироваться и рибонуклеиновые кислоты, и пептиды. Пузырьки, таким образом, становились первичными катаклавами, в которых ранние метаболические цепочки обособились и превратились в клетку.
Так где же место для возникновения жизни на этой не очень приспособленной для нее ранней Земле? Прежде чем попытаться дать ответ на этот вопрос, стоит заметить, что чаще всего ученые, занимающиеся проблемами биогенеза, ставят на первое место происхождение «живых кирпичиков», «строительных блоков», то есть тех органических веществ из которых состоит живая клетка.
Это ДНК, РНК, белки, жиры, углеводы. Но если взять все эти вещества и выложить их в некий сосуд, из них ничего само собой не соберется. Это не пазл. Любой организм – динамическая система, находящаяся в состоянии постоянного обмена со средой.
Даже если взять современные живой организм и растереть его до молекул, то никому не под силам повторно собрать из этих молекул живое существо. Однако современные модели происхождения жизни в основном ориентируются на процессы абиогенного синтеза макромолекул – предшественников биоорганических соединений, не предлагая механизмов генерирования энергии, которая инициировала и поддерживала процессы обмена веществ.
Гипотеза о происхождении жизни в горячих источниках интересна не только версией происхождения клетки, ее физического обособления, но и возможностью нащупать энергетическую первооснову жизни, направить исследования в область процессов, которые описываются не столько языком химии, сколько терминами физики.
Поскольку океаническая вода более кислая, а в гидротермальных водах и в поровом пространстве осадка — более щелочная, возникали разности потенциалов, что чрезвычайно важно для жизни.
Ведь все наши реакции в клетках по своей природе электрохимические. Они связаны с переносом электронов и с ионными (протонными) градиентами, которые вызывают перенос энергии. Полупроницаемые стенки пузырьков играли роль мембраны, поддерживающей этот электрохимический градиент.
Драгоценность в белковом футляре
Разница сред — ниже дна (где сверхгорячей водой растворяются породы) и выше дна, где вода остывает, — также создает разность потенциалов, результатом которой является активное перемещение ионов и электронов. Такое явление даже получило название геохимической батареи.
Кроме подходящей среды для образования органических молекул и наличия энергетического потока, есть еще один фактор, позволяющий считать океанские гидротермы наиболее вероятным местом зарождения жизни. Это металлы.
Горячие источники находятся, как уже говорилось, в рифтовых зонах, где дно раздвигается и близко подступает горячая лава.
Реакции в наших живых клетках управляются ферментами. Это довольно большие белковые молекулы, которые увеличивают скорость реакции по сравнению с подобными реакциями вне клетки иногда на несколько порядков. И что интересно, в составе молекулы фермента на тысячи и тысячи атомов углерода, водорода, азота и серы подчас приходится всего 1−2 атома металла. Но если эту пару атомов вытащить, белок перестает быть катализатором. То есть в паре «белок-металл» именно последний оказывается ведущим. Зачем же нужна тогда большая молекула белка? С одной стороны, она манипулирует атомом металла, «прислоняя» его к месту реакции.
Дело в том, что многие из тех металлов, что были в изобилии на ранней Земле, когда кислорода не было, и сейчас доступны — там, где кислорода нет. Например, в вулканических источниках много вольфрама. Но как только этот металл выходит на поверхность, где встречается с кислородом, то тут же окисляется и оседает. То же происходит с железом и другими металлами. Таким образом, задача большой белковой молекулы — сохранить металл активным. Все это наводит на мысль, что именно металлы первичны в истории жизни. Возникновение белков было фактором сохранения первичной среды, в которой металлы или их простые соединения сохраняли свои каталитические свойства, и обеспечило возможность их эффективного использования в биокатализе.
Формирование нашей планеты можно уподобить выплавке чугуна в мартеновской печи. В печи кокс, руда, флюсы – все это плавится, и в конце концов тяжелый жидкий металл стекает вниз, а наверху остается затвердевшая пена шлака.
Кроме того выделяются газы и вода. Точно так же образовалось металлическое ядро земли, «стекшее» к центру планеты. В результате этой «плавки» начался процесс, известный как дегазация мантии. Землю 4 млрд лет назад, когда, как считают, зародилась жизнь отличал активный вулканизм, не идущий ни в какое сравнение с нынешним. Поток радиации из недр был раз в 10 мощнее, чем в наше время. В результате тектонических процессов и интенсивной метеоритной бомбардировки тонкая земная кора постоянно перерабатывалась. Свой вклад, очевидно, вносила и находившаяся на значительно более близкой орбите Луна, которая своим гравитационным полем массировала и разогревала нашу планету.
Самое удивительное, что интенсивность свечения солнца в те далекие времена была ниже примерно на 30%. Если бы солнце стало в нашу эпоху стало светить хотя бы на 10% слабее, Земля моментально покрылась бы льдом. Но тогда у нашей планеты было намного больше собственного тепла, и ничего даже близко напоминавшего ледников на ее поверхности не встречалось.
Зато существовала плотная атмосфера, хорошо удерживавшая тепло. По своему составу она имела восстановительный характер, то есть, в ней практически отсутствовал несвязанный кислород, зато она включала в себя значительное количество водорода, а также парниковые газы – водяной пар, метан и углекислый газ.
Короче говоря, первая жизнь на Земле появилась в условиях, в которых из живущих ныне организмов могли бы существовать лишь примитивные бактерии. Первые следы воды геологи находят в отложениях, возрастом 3,5 млрд лет, хотя, судя по всему в жидком виде она появилась на Земле несколько раньше. На это косвенно указывают имеющие окатанную форму цирконы, которую они приобрели, вероятно находясь в водоемах. Вода образовывалась из насыщавшего атмосферу водяного пара, когда Земля стала постепенно остывать. Кроме того, воду (предположительно в объеме до 1,5 объема современного мирового океана) к нам принесли малые кометы, интенсивно бомбардировавшие земную поверхность.
Водород как валюта
К древнейшему типу ферментов относятся гидрогеназы, которые катализируют простейшую из химических реакций — обратимое восстановление водорода из протонов и электронов.
Жизнь зарождалась в бескислородной среде. Переход к дыханию кислородом требовал радикальных преобразований метаболических систем клетки, чтобы минимизировать активность этого агрессивного окислителя. Адаптация к кислороду возникала прежде всего в ходе эволюции фотосинтеза. До этого же основой энергетики живого был водород и его простые соединения — сероводород, метан, аммиак. Но это, вероятно, не единственное химическое отличие современной жизни от ранней.
Запасливые уранофилы
Возможно, самая ранняя жизнь не имела того состава, который имеет нынешняя, где в качестве базовых элементов преобладают углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера. Дело в том, что жизнь предпочитает более легкие элементы, с которыми проще «играть». Но эти легкие элементы имеют маленький ионный радиус и создают слишком прочные соединения. А жизни этого-то и не надо. Ей надо уметь эти соединения легко расщеплять. Сейчас у нас для этого есть множество ферментов, но на заре жизни их еще не существовало.
Несколько лет назад мы высказали предположение, что у некоторых из этих шести основных элементов живого (макроэлементы C, H, N, O, P, S) были более тяжелые, но и более «удобные» предшественники. Вместо серы в качестве одного из макроэлементов, скорее всего, работал селен, который легко соединяется и легко диссоциирует. Место фосфора по той же причине, возможно, занимал мышьяк. Недавнее открытие бактерий, которые используют мышьяк вместо фосфора в своих ДНК и РНК, усиливает наши позиции.
Причем все это справедливо не только для неметаллов, но и для металлов. Вместе с железом и никелем в процессе становления жизни значительную роль играл вольфрам. Корни жизни, таким образом, надо, вероятно, уводить в низ таблицы Менделеева.
Для подтверждения или опровержения гипотез об изначальном составе биологических молекул нам стоит обратить пристальное внимание на бактерий, живущих в необычных средах, возможно отдаленно напоминающих Землю в древние времена. Например, недавно японские ученые исследовали один из видов бактерий, обитающих в горячих источниках, и обнаружили в их слизистых оболочках урановые минералы. Для чего бактерии их накапливают? Возможно, уран имеет для них какую-то метаболическую ценность? Например, используется ионизирующий эффект радиации. Есть другой известный пример — магнитобактерии, которые существуют в аэробных условиях, в относительно холодной воде, и накапливают железо в виде кристалликов магнетита, обернутых в белковую мембрану.
Когда железа в окружающей среде много — они формируют эту цепочку, когда железа нет — они его тратят и «сумочки» становятся пустыми. Это очень похоже на то, как у позвоночных накапливается жир в качестве энергетического запаса.
На глубине 2−3 км, в плотных осадках, оказывается, тоже живут бактерии и вполне обходятся без кислорода и солнечного света. Такие организмы обнаружены, например, в урановых шахтах Южной Африки. Питаются они водородом, и здесь его достаточно, потому что уровень радиации настолько высок, что вода диссоциируется на кислород и водород. Генетических аналогов на поверхности Земли у этих организмов не обнаружено. Где же эти бактерии сформировались? Где их предки? Поиск ответов на эти вопросы становится для нас настоящим путешествием во времени — к истокам живого на Земле.
Автор — академик РАН, директор Геологического института РАН
Инопланетное вторжение. Откуда на Земле появилась жизнь
https://ria.
ru/20200907/panspermiya-1576798916.html
Инопланетное вторжение. Откуда на Земле появилась жизнь
Инопланетное вторжение. Откуда на Земле появилась жизнь — РИА Новости, 07.09.2020
Инопланетное вторжение. Откуда на Земле появилась жизнь
На прошлой неделе японские ученые сообщили, что в ходе эксперимента колония бактерий деинококков провела три года в открытом космосе и выжила. Это косвенно… РИА Новости, 07.09.2020
2020-09-07T08:00
2020-09-07T08:00
2020-09-07T08:00
наука
гавайи
япония
токийский университет
космос — риа наука
международная космическая станция (мкс)
метеориты
биология
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/155994/62/1559946287_0:257:2730:1793_1920x0_80_0_0_83777e96f05d4f9c1cbede35f876b1a9.jpg
МОСКВА, 7 сен — РИА Новости, Альфия Еникеева. На прошлой неделе японские ученые сообщили, что в ходе эксперимента колония бактерий деинококков провела три года в открытом космосе и выжила.
Это косвенно доказывает, что микроорганизмы способны путешествовать с планеты на планету вместе с кометами или астероидами и заселять самые дальние уголки Вселенной. А значит, и на Землю жизнь могла попасть таким образом. Межпланетные странникиВ 2008 году исследователи из Токийского университета (Япония), изучая нижние слои стратосферы, обнаружили на высоте 12 километров бактерии деинококки (Deinococcus). Было несколько колоний из миллиардов микроорганизмов. То есть они размножались даже в условиях мощной солнечной радиации. Впоследствии ученые несколько раз протестировали их на выносливость. Но ни резкие перепады температуры — от минус 80 до плюс 80 градусов Цельсия за 90 минут, ни сильное облучение не повредили стойким бактериям. Последним испытанием стал открытый космос. В 2015 году высушенные агрегаты Deinococcus поместили на внешние панели японского экспериментального модуля «Кибо» Международной космической станции. Там образцы разной толщины провели один, два и три года. В результате во всех агрегатах тоньше 0,5 миллиметра бактерии погибли, а в больших образцах — только в верхнем слое.
Микроорганизмы в глубине колонии выжили. По подсчетам авторов работы, бактерии в грануле толщиной более 0,5 миллиметра способны существовать на поверхности космического корабля от 15 до 45 лет. Обычная колония Deinococcus диаметром около миллиметра протянет в открытом космосе восемь лет. В случае же хотя бы частичной защиты — например, если прикрыть колонию камнем — срок увеличивается до десяти лет. Этого более чем достаточно для перелета с Земли на Марс или наоборот. Следовательно, межпланетные путешествия живых организмов на кометах и астероидах вполне реальны. А это веский аргумент в пользу гипотезы панспермии, предполагающей в том числе, что жизнь на Землю попала из космоса. Иносистемный гостьВ 2017 году телескоп панорамной съемки и системы быстрого реагирования Pan-STARRS1 на Гавайях зафиксировал необычное космическое тело. Его приняли за комету, но затем переквалифицировали в астероид, так как не обнаружили признаков кометной активности. Речь об Оумуамуа — первом межзвездном объекте, прилетевшем в Солнечную систему.
Спустя несколько месяцев исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CШA) показали, что подобные межзвездные тела из-за гравитации Юпитера и Солнца могут угодить в ловушку в Солнечной системе. По оценкам, вокруг нашей звезды летают уже тысячи внесолнечных астероидов, потенциально способных занести нам жизнь из другой планетной системы. Скорее всего, такие гравитационные ловушки возникают у большинства звезд, в планетной системе которых есть газовые гиганты, отмечают исследователи. Причем некоторые, вроде альфы Центавра A и B, могут захватывать даже свободно летящие планеты, сошедшие с орбиты вокруг родительской звезды. Значит, межзвездный и межгалактический обмен компонентами жизни — микроорганизмами и химическими прекурсорами — вполне реален. Все зависит от ряда факторов. Прежде всего — это скорость и размеры потенциального носителя бактерий и их выживаемость. Согласно модели, построенной исследователями, такие семена жизни с каждой обитаемой планеты распространяются в пространстве во всех направлениях.
Столкнувшись с планетой с подходящими условиями, они заносят на нее микроорганизмы. Те, в свою очередь, могут закрепиться на новом месте и начать процесс эволюционного развития. Поэтому не исключено, что в атмосфере ближайших к Земле экзопланет в будущем обнаружат следы живых организмов. Метеориты животворящиеПо мнению канадских и немецких исследователей, жизнь на Земле возникла благодаря метеоритам. Скорее всего, 4,5-3,7 миллиарда лет назад эти космические тела бомбардировали планету и принесли с собой строительные блоки жизни — четыре основания РНК. К этому моменту Земля уже достаточно остыла, чтобы на ней могли образоваться стабильные теплые водоемы. Когда в воду попадало очень много разрозненных фрагментов РНК, они начинали склеиваться в нуклеотиды. Тому способствовало сочетание влажных и относительно сухих условий — ведь глубина этих прудов постоянно менялась из-за смены циклов осаждения, испарения и дренажа. В результате из разных частиц сформировались самовоспроизводящиеся молекулы РНК, которые впоследствии эволюционировали в ДНК.
А те, в свою очередь, положили начало настоящей жизни. По версии шотландских исследователей, это заслуга не метеоритов, а космической пыли. Однако специалисты отмечают: хотя она могла содержать необходимые строительные блоки, их, скорее всего, не хватало для формирования молекулы РНК.
https://ria.ru/20200807/1575506512.html
https://ria.ru/20200523/1571872894.html
https://ria.ru/20200608/1572618372.html
гавайи
япония
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2020
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/155994/62/1559946287_0:0:2730:2048_1920x0_80_0_0_d61d9c4f04c3294180154dcc6fa3141e.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
гавайи, япония, токийский университет, космос — риа наука, международная космическая станция (мкс), метеориты, биология, астероиды, днк
Наука, Гавайи, Япония, Токийский университет, Космос — РИА Наука, Международная космическая станция (МКС), метеориты, биология, Астероиды, ДНК
МОСКВА, 7 сен — РИА Новости, Альфия Еникеева.
На прошлой неделе японские ученые сообщили, что в ходе эксперимента колония бактерий деинококков провела три года в открытом космосе и выжила. Это косвенно доказывает, что микроорганизмы способны путешествовать с планеты на планету вместе с кометами или астероидами и заселять самые дальние уголки Вселенной. А значит, и на Землю жизнь могла попасть таким образом.
Межпланетные странники
В 2008 году исследователи из Токийского университета (Япония), изучая нижние слои стратосферы, обнаружили на высоте 12 километров бактерии деинококки (Deinococcus). Было несколько колоний из миллиардов микроорганизмов. То есть они размножались даже в условиях мощной солнечной радиации.
Впоследствии ученые несколько раз протестировали их на выносливость. Но ни резкие перепады температуры — от минус 80 до плюс 80 градусов Цельсия за 90 минут, ни сильное облучение не повредили стойким бактериям.
Последним испытанием стал открытый космос. В 2015 году высушенные агрегаты Deinococcus поместили на внешние панели японского экспериментального модуля «Кибо» Международной космической станции.
Там образцы разной толщины провели один, два и три года.
В результате во всех агрегатах тоньше 0,5 миллиметра бактерии погибли, а в больших образцах — только в верхнем слое. Микроорганизмы в глубине колонии выжили.
© NASA / JAXAЯпонский экспериментальный модуль «Кибо» МКС, на поверхности которого с 2015 по 2018 год проводился эксперимент по выживаемости бактерий
© NASA / JAXA
Японский экспериментальный модуль «Кибо» МКС, на поверхности которого с 2015 по 2018 год проводился эксперимент по выживаемости бактерий
По подсчетам авторов работы, бактерии в грануле толщиной более 0,5 миллиметра способны существовать на поверхности космического корабля от 15 до 45 лет. Обычная колония Deinococcus диаметром около миллиметра протянет в открытом космосе восемь лет. В случае же хотя бы частичной защиты — например, если прикрыть колонию камнем — срок увеличивается до десяти лет.
Этого более чем достаточно для перелета с Земли на Марс или наоборот. Следовательно, межпланетные путешествия живых организмов на кометах и астероидах вполне реальны.
А это веский аргумент в пользу гипотезы панспермии, предполагающей в том числе, что жизнь на Землю попала из космоса.
7 августа 2020, 19:22Наука
Японские ученые открыли внеземное происхождение многообразия жизни
Иносистемный гость
В 2017 году телескоп панорамной съемки и системы быстрого реагирования Pan-STARRS1 на Гавайях зафиксировал необычное космическое тело. Его приняли за комету, но затем переквалифицировали в астероид, так как не обнаружили признаков кометной активности. Речь об Оумуамуа — первом межзвездном объекте, прилетевшем в Солнечную систему.
Спустя несколько месяцев исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CШA) показали, что подобные межзвездные тела из-за гравитации Юпитера и Солнца могут угодить в ловушку в Солнечной системе. По оценкам, вокруг нашей звезды летают уже тысячи внесолнечных астероидов, потенциально способных занести нам жизнь из другой планетной системы.
© ESO / M. KornmesserАстероид Оумуамуа в представлении художника
© ESO / M.
Kornmesser
Астероид Оумуамуа в представлении художника
Скорее всего, такие гравитационные ловушки возникают у большинства звезд, в планетной системе которых есть газовые гиганты, отмечают исследователи. Причем некоторые, вроде альфы Центавра A и B, могут захватывать даже свободно летящие планеты, сошедшие с орбиты вокруг родительской звезды. Значит, межзвездный и межгалактический обмен компонентами жизни — микроорганизмами и химическими прекурсорами — вполне реален.
Все зависит от ряда факторов. Прежде всего — это скорость и размеры потенциального носителя бактерий и их выживаемость. Согласно модели, построенной исследователями, такие семена жизни с каждой обитаемой планеты распространяются в пространстве во всех направлениях. Столкнувшись с планетой с подходящими условиями, они заносят на нее микроорганизмы. Те, в свою очередь, могут закрепиться на новом месте и начать процесс эволюционного развития.
Поэтому не исключено, что в атмосфере ближайших к Земле экзопланет в будущем обнаружат следы живых организмов.
23 мая 2020, 07:28Наука
Ученые предложили ответ на загадку появления жизни на Земле
Метеориты животворящие
По мнению канадских и немецких исследователей, жизнь на Земле возникла благодаря метеоритам. Скорее всего, 4,5-3,7 миллиарда лет назад эти космические тела бомбардировали планету и принесли с собой строительные блоки жизни — четыре основания РНК.
К этому моменту Земля уже достаточно остыла, чтобы на ней могли образоваться стабильные теплые водоемы. Когда в воду попадало очень много разрозненных фрагментов РНК, они начинали склеиваться в нуклеотиды. Тому способствовало сочетание влажных и относительно сухих условий — ведь глубина этих прудов постоянно менялась из-за смены циклов осаждения, испарения и дренажа.
8 июня 2020, 12:00Наука
Ученые доказали возможность зарождения жизни при падении астероида
В результате из разных частиц сформировались самовоспроизводящиеся молекулы РНК, которые впоследствии эволюционировали в ДНК.
А те, в свою очередь, положили начало настоящей жизни.
По версии шотландских исследователей, это заслуга не метеоритов, а космической пыли. Однако специалисты отмечают: хотя она могла содержать необходимые строительные блоки, их, скорее всего, не хватало для формирования молекулы РНК.
Три места на Земле, где могла зародиться жизнь
Наша планета — единственное известное место во Вселенной, где есть жизнь, и от микроскопических до гигантских размеров она буквально кишит ею. Тем не менее, несмотря на вездесущность жизни, мы до сих пор не уверены, где именно она началась. Глядя на химический состав жизни, мы можем предположить, что первой жизни требовались основные ингредиенты и своего рода «искра». Вот три наиболее вероятных источника:
1. Гидротермальные источники. На дне океана есть трещины в морском дне, из которых извергается обжигающая суспензия воды, метана, аммиака, водородных соединений и прочего. Именно вокруг этих разломов миллиарды лет назад оксиды азота в морской воде могли реагировать в мешанине тепла до 400 ° C с большим количеством элементов, создавая молекулярные строительные блоки жизни: аминокислоты и белки.
В 2019 году исследователи из Университетского колледжа Лондона объявили, что они создали протоклетки, «самоорганизующиеся эндогенно упорядоченные сферические наборы липидов» в моделируемой среде гидротермальных источников в лаборатории. Протоклетка — это не жизнь, а предтеча.
Ученые обнаружили высококонцентрированные системы гидротермальных источников. Одна из таких систем, состоящая из вентиляционных отверстий, называемых «белыми курильщиками», известна как комплекс «Затерянный город». Этот район может быть наиболее реалистичным приближением системы жерл на ранней Земле, с морским дном, которое, как считается, почти идентично тому, что существовало во время Гадейского эона, геологического времени на Земле, продолжавшегося с момента образования планеты примерно до четырех миллиардов лет назад. Комплекс «Затерянный город» кишит странной жизнью, совершенно не зависящей от залитой солнцем поверхности.
2. Мелкие пруды. Миниатюрные пруды глубиной от 10 до 100 сантиметров могли быть более гостеприимными для зарождения жизни, чем океаны, сообщила команда Массачусетского технологического института в 2019 году.
Имея значительно меньшие объемы, мелкие пруды могли аккумулировать оксиды азота из атмосферы и фосфор. от ударов молний в гораздо больших концентрациях, чем когда-либо могли море. Затем эти соединения могли взаимодействовать с РНК — молекулой, присутствующей во всех живых клетках, — с образованием самых первых форм жизни.
3. Удары комет. Предполагается, что между 3,8 и 4,1 миллиарда лет назад Земля была заброшена астероидами и кометами в результате события, известного как Поздняя тяжелая бомбардировка. Большинство комет содержат все ингредиенты для аминокислот — строительных блоков белков — включая такие молекулы, как метан, углекислый газ, аммиак и водяной лед. Когда комета врезается в поверхность Земли, высвобождается огромное количество энергии (и это мягко сказано).
«Эта энергия может пойти на перестройку молекул в более высокие энергетические состояния», — сказал Сукрит Ранджан, доцент кафедры астробиологии Аризонского университета.0021 Обратное .
В 2020 году группа ученых обнаружила свидетельства существования древних микробов на глубине 1,3 километра ниже ударного кратера Чиксулуб, шрама, оставленного ударом астероида, уничтожившим динозавров. Когда этот огромный кусок космического камня врезался в то, что сейчас является полуостровом Юкатан в Мексике, он расколол грунтовую породу и создал подземные системы, которые, в свою очередь, были удобрены гидротермальными флюидами и любой органикой, присутствующей на астероиде.
Во время поздней тяжелой бомбардировки столкновения, подобные Чиксулубу, происходили все время, намекая на то, что жизнь на Земле могла только что начаться с БУМ!
Где на Земле зародилась жизнь? – The Wire Science
Рекомендуемое изображение: Большой призматический источник и бассейн гейзеров Мидуэй в Йеллоустонском национальном парке. Фото: Йеллоустонский национальный парк/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.
Горячие бурлящие трещины в глубоком, лишенном солнечного света океане кажутся маловероятными местами для жизни вообще, не говоря уже о ее происхождении.
Тем не менее, недавние исследования показали, что два основных ингредиента — аминокислоты и примитивные клеточные мембраны — могут спонтанно и надежно образовываться вблизи гидротермальных источников, обнаруженных на морском дне. Открытия подтверждают гипотезу о происхождении жизни, которую некоторые ученые поддерживали десятилетиями.
Гидротермальные жерла — химические горячие источники вблизи линий разломов на дне океана. У некоторых, называемых белыми курильщиками, есть сложные минеральные столбы или дымоходы, полные крошечных камер, в которых могут происходить химические реакции. При 158 градусах по Фаренгейту (70 градусов по Цельсию) в вентиляционных отверстиях немного жарко для пенной ванны, но, как оказалось, в самый раз для образования аминокислот и структур, которые могут служить клеточными мембранами.
Ученые подозревают, что подобные глубокие горячие жерла могли зародить жизнь на Земле около 4 миллиардов лет назад. Некоторые гидротермальные жерла выделяют щелочные жидкости, которые могут поставлять энергию, необходимую для построения сложных органических молекул.
И основная химия жизни «похоже, соответствует тому, что вы могли бы ожидать, если бы жизнь зародилась в этой жаркой, темной среде, питаемой химической энергией», — говорит ученый Тимоти Лентон из британского Эксетерского университета, соавтор статьи 2017 года. по биогеохимии океана в Ежегодный обзор морской науки.
Гипотеза жерла несколько противоречива, но недавние эксперименты подтверждают ее. В одном из них астробиолог НАСА Лори Бардж и ее коллеги показали, как аминокислоты, строительные блоки белков, могли образоваться вблизи щелочных жерл. Бардж из Лаборатории реактивного движения в Пасадене, штат Калифорния, заинтересовался происхождением жизни на Земле во время поиска жизни , а не на Земле. По ее словам, геология и биология будут тесно связаны где угодно — будь то на другой планете или в глубоководном жерле здесь, на Земле.
Читайте также: Ингредиенты, которые привели к возникновению жизни на Земле, могли появиться в результате космической аварии
Чтобы узнать, могли ли строительные блоки жизни образоваться вблизи древних жерл, команда Баржа создала в лаборатории миниатюрные жерла.
Их смоделированная океанская вода содержала аммиак, простые органические молекулы пирувата и минералы гидроксида железа, которые, вероятно, существовали в ранних океанах Земли. Вода была лишена кислорода и доведена до 158 градусов по Фаренгейту, температуры белых курильщиков. В этих смоделированных жерлах химические условия позволяли электронам течь между минералами железа и пируватом, давая аминокислоту аланин, как сообщала команда в прошлом году в Труды Национальной академии наук .
Исследователи могли регулировать количество вырабатываемого аланина, регулируя соотношение различных минералов гидроксида железа, чтобы контролировать, сколько электронов высвобождает железо — как «циферблат, который можно настроить вверх или вниз», — говорит Бардж. Электроны непрерывно текут из щелочных вентиляционных отверстий, обеспечивая постоянный источник для запуска химических реакций.
Создание строительных блоков жизни
Аминокислоты важны, но жизнь организована в клетках, а клетки не могут функционировать без клеточной мембраны.
Во втором эксперименте биохимик Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона и его коллеги показали, как примитивные мембраны могут образовываться вблизи щелочных источников.
Лейн использовал лабораторную копию древних глубоководных условий, чтобы определить, могут ли там образовываться пузырьки, окруженные липидами, называемые везикулами — своего рода протоклеткой. Его команда добавила 14 жирных кислот и другие химические вещества, которые, вероятно, присутствовали в раннем океане, в кислую смоделированную морскую воду. Ученые отрегулировали жидкость, сделав ее щелочной, чтобы химические вещества перешли в раствор. Когда исследователи медленно смешали раствор с морской водой, жирные кислоты собрались в пузырьки. Везикулы легче всего образовывались в условиях, поразительно похожих на белых курильщиков — при температуре 158 градусов по Фаренгейту и сильной щелочности, сообщили ученые в ноябре 1999 года.0021 Экология природы и эволюция .
Более ранние исследования не смогли сформировать везикулы в горячей щелочной соленой воде, но это потому, что они использовали меньше типов жирных кислот, говорит Шон Джордан, биогеохимик из Университетского колледжа Лондона и соавтор статьи.
Его команда использовала большое их количество, что давало им больше возможностей сблизиться друг с другом.
Некоторые ученые не уверены, что жизнь зародилась в глубоком щелочном гидротермальном источнике. Дэвид Димер, биофизик из Калифорнийского университета в Санта-Круз, один из тех, кто говорит, что соленая океанская вода разрушает жирные кислоты, необходимые для создания клеточных мембран. Он показал, что везикулы могут образовываться в пресной воде (глубоководные жерла не нужны) путем смачивания и высыхания жирных кислот. Он предлагает пример выдувания мыльных пузырей. Мыло разлагается в растворе с водой, но дунуть в него струей воздуха и молекулы собираются в мембрану.
Читайте также: Краткая история Земли: как все начиналось
Представьте себе горячий источник с пресной водой, земля вокруг которого промокает после дождя, а затем периодически высыхает. По мере высыхания вещества, растворенные в воде, становятся более концентрированными. Когда сушка удаляет молекулы воды, высвобождается энергия, создавая связи, которые позволяют образовываться сложным органическим молекулам.
Другим аргументом в пользу модели пресной воды является происхождение первых самовоспроизводящихся молекул, говорит Димер. Организмы должны иметь способ передавать информацию следующему поколению, если они хотят размножаться; многие ученые считают, что РНК была первой молекулой, способной на это. Много лет назад Димер и его коллеги создали сложные молекулы, которые функционировали как РНК, путем смачивания и высушивания простых органических молекул в неглубоких пресноводных бассейнах. Процесс сушки упорядочивал молекулы так, чтобы они были более сложными, не требуя внешнего толчка энергии.
Однако история не так проста. Оба исследовательские лагеря изо всех сил пытались показать, что основные биологические молекулы, которые они производят в лаборатории, действительно функционируют внутри живых организмов. Тем не менее, сторонники гидротермальных источников говорят, что у них есть все необходимые ингредиенты, включая энергию, необходимую для запуска жизни. Белые курильщики могут поставлять энергию двумя способами, и один или оба могли обеспечить энергию, необходимую для построения сложных органических молекул.
Первое происходит, когда щелочные жидкости выбрасываются со дна моря и сталкиваются с кислой океанской водой. Этот градиент pH создает небольшой электрический заряд на вентиляционной трубе. (В другом исследовании Бардж зажег небольшой светодиод, соединив гидротермальные дымоходы проводами.) Ранние океаны Земли были более кислыми, чем сегодня, что позволяет предположить, что в глубоководных жерлах могло быть много энергии.
Еще один способ, которым щелочные жерла снабжают энергией, заключается в подпитке процесса, в котором электроны перемещаются между химическими веществами в океане и горными породами. Этот подводный электрический ток мог вызвать первые живительные химические реакции. «Электричество необходимо для возникновения жизни», — говорит Ларс Питер Нильсен, электромикробиолог из Орхусского университета в Дании. «Электричество объединяет все это».
Возможно, наиболее убедительным аргументом в пользу морского происхождения жизни является время. Исследования, отслеживающие эволюцию форм жизни, показывают, что самая ранняя жизнь на Земле возникла около 4 миллиардов лет назад.
Эта временная шкала означает, что жизнь почти наверняка зародилась в океане, говорит Лентон. Первые континенты не образовались 4 миллиарда лет назад, поэтому поверхность планеты была почти полностью покрыта океаном.
Некоторые из самых старых свидетельств жизни на Земле происходят из древних химических сигнатур и окаменелостей в осадочных породах в Канаде, которые, вероятно, образовались на дне океана. Одно исследование, опубликованное в 2017 году в Nature , даже обнаружило трубчатые окаменелости, которые выглядят как микроорганизмы, живущие сегодня возле гидротермальных источников, но в породах, которым не менее 3,77 миллиарда лет.
Читайте также: Поиски первой многоклеточной формы жизни
Димер утверждает, что от 3,5 до 4 миллиардов лет назад существовали массивы суши с склонами вулканов, появляющимися из воды. И бассейны с пресной водой могли образоваться на этих массивах суши из-за дождя. Если это правдоподобно, говорит Димер, то вполне вероятно и пресноводное происхождение жизни на Земле.