Какой источник энергии питал первые живые организмы на Земле?
Биологи еще не пришли к окончательному мнению по поводу того, где именно на Земле зародилась первая жизнь. Она могла развиться на дне океана, в неглубоких каменных бассейнах или из «строительных блоков», попавших на планету в результате ударов астероидов — или, возможно, из-за всего вышеперечисленного. Мы знаем, что вся жизнь на Земле нуждается в воде, поэтому первые ее формы скорее всего также возникли в жидкой среде. Но одной воды недостаточно, чтобы зажечь искру жизни – ей также необходимо топливо.
В наши дни большинство живых существ получают энергию от метаболизма сахаров, но этих молекул не существовало 3,7 миллиарда лет назад, когда (по оценкам ученых) на планете возникли первые живые организмы. Так какие же источники энергии помогли появиться первым обитателям Земли?
Древняя Земля
В эпоху Гадея (примерно 4,6–4 миллиарда лет назад) Земля в основном представляла собой океанический мир с редкими вулканическими островами, торчащими из воды. Одна из теорий о происхождении жизни заключается в том, что ультрафиолетовое излучение Солнца помогло сформировать сложные молекулы в неглубоких каменных бассейнах на вулканических островах. Об этом рассказал Элой Кампруби-Касас, биолог, изучающий происхождение жизни. в Техасском университете в долине Рио-Гранде.
«Ультрафиолетовое [излучение] прекрасно, потому что оно настолько энергичное, что может генерировать ионизированные молекулы, делая их более реактивными и с большей вероятностью объединяться в более крупные и сложные молекулы, необходимые для создания строительных блоков для жизни, — добавил он. Однако, по словам Кампруби-Касас, "ультрафиолетовое излучение также может разрушить что угодно". Таким образом, даже если сложные молекулы и образовались в результате воздействия солнечного излучения, оно же могло и уничтожить большую их часть.
Вот почему 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 прохладной кислой водой, создавая суп из химической энергии, который могли дать искру для эволюции жизни.
Глубоко под поверхностью океана области геотермальной активности формируются на границах плит, когда магма поднимается из мантии Земли. Холодная океаническая вода просачивается в трещины в этих горячих областях и растворяет минералы из горных пород. Когда горячая вода поднимается из трещин и стекает в холодный океан, минералы выпадают в осадок, образуя «дымоходы» из органического материала», — объяснил Кампруби-Касас. Эта жидкость очень щелочная и содержит много газообразного водорода, а во время Гадеи атмосфера Земли была насыщена углекислым газом, большая часть которого растворялась в океане, делая его воды слабокислым раствором.
Когда вода из гидротермальных источников соединилась с растворенным в воде углекислым газом, полученные молекулы стали «гораздо более химически активными, для получения аминокислот оставалось добавить лишь азот. А можно было добавлять азот и кислород для формирования строительных блоков ДНК», — заявил Касас.
Источник жизни
Одна из теорий о происхождении жизни на Земле утверждает, что строительные блоки жизни попали на планету в результате столкновений с астероидами, которые были более распространены в Гадее, чем сегодня. На астероиде слой льда защитил бы простые сахара и небольшие аминокислоты — сырьевые ингредиенты, необходимые для пребиотической химии — от сильного солнечного излучения.
«Эти тела подвергаются воздействию солнечного света в течение миллионов лет и производят радикалы — активные ингредиенты, которые могут реагировать друг с другом даже при низкой температуре», — пояснил Партха Бера, научный сотрудник Института экологических исследований НАСА. Радикалы — это атомы, молекулы или ионы с дополнительным электроном, который может прореагировать с чем угодно.
Согласно этой гипотезе, когда эти астероиды столкнулись с Землей, высокореактивные молекулы смешались с другими простыми молекулами в океане, чтобы создать сложную химию, необходимую для начала жизни. В этом случае источником энергии также было бы геотермальное тепло, отметил Бера.
Поскольку науке доступно крайне ограниченное число образцов горных пород этого периода истории Земли, невозможно на 100% точно сказать, какой источник энергии — солнце, геотермальная химия или геотермальное тепло — вызвал эволюцию жизни. Но исследования в лабораториях и бурные дебаты год от года помогают ученым разобраться в нашем возможном происхождении, а набор фактических сведений обогащается за счет новых образцов и других удивительных открытий.
Ведущие теории предполагают, что первая энергия, использованная жизнью, была получена либо от солнца, либо от геотермального тепла и химии на дне океана.