В популярной культуре оживление жизни часто связывается с молнией — как, например, в образе Франкенштейна. Однако современные научные данные демонстрируют, что для инициации органического синтеза, способного привести к возникновению жизни, достаточно микроскопических электрических разрядов, возникающих между каплями воды.
Одним из ключевых нерешённых вопросов происхождения жизни остаётся механизм, посредством которого неживая материя превратилась в живые клетки. Согласно одной из наиболее признанных гипотез, на ранней Земле существовал химически насыщенный "первичный бульон", включающий соединения, способные участвовать в биологических реакциях. Для запуска перехода от неорганических веществ к органическим, необходим был энергетический импульс, способный катализировать сложные химические взаимодействия.
Молнии как потенциальный катализатор
Согласно одной из исторически значимых теорий, такую энергию могли обеспечивать грозовые молнии. Эксперимент Миллера—Юри, проведённый в 1952 году, продемонстрировал возможность образования аминокислот при пропускании электрического тока через смесь газов, имитирующую атмосферу ранней Земли. Полученные соединения включали простейшие органические молекулы, являющиеся основой биохимических процессов.Однако применение данной гипотезы к условиям реальной ранней Земли вызывает сомнения. В масштабах океана плотность реактивных соединений была бы слишком низкой для эффективного взаимодействия. В мелководных водоёмах вероятность точечного удара молнии остаётся крайне малой. Таким образом, роль молний как универсального триггера биохимической эволюции остаётся предметом дискуссий.
Следует отметить, что молнии — не единственный предложенный фактор внешнего воздействия. Ранее рассматривалась и возможность влияния космической среды. В частности, радиация от взрывов сверхновых могла оказывать влияние на биосферу, стимулируя появление разнообразия форм жизни в ранние периоды существования планеты.
Микроразряды как альтернатива
Согласно новому исследованию группы учёных из Стэнфордского университета, альтернативным источником энергии для запуска органического синтеза могли быть микроскопические электрические разряды, возникающие между водяными каплями. Такие явления могут происходить при образовании аэрозолей — например, при разбрызгивании воды в результате волн или падения с высоты.Микроэлектрические разряды между противоположно заряженными микрокаплями воды создают все органические молекулы, которые ранее наблюдались в эксперименте Миллера-Юри, и мы предполагаем, что это новый механизм пребиотического синтеза молекул, строительных блоков жизни.
Ричард Заре, старший автор исследования.
В рамках эксперимента учёные воссоздали модель древней земной атмосферы, содержащей газы, предположительно присутствовавшие на раннем этапе развития планеты: азот, метан, углекислый газ и аммиак. В эту среду распылялись водяные капли комнатной температуры, что имитировало природные процессы, характерные для земной поверхности.
Электрический заряд капель и образование органики
В ходе анализа было выявлено, что крупные капли преимущественно имели положительный заряд, а мелкие — отрицательный. При их сближении возникали электрические микроразряды, аналогичные миниатюрным молниям. Хотя сами разряды происходят слишком быстро, чтобы быть визуализированными традиционными средствами, их удалось зафиксировать с помощью высокоскоростной съёмки.Эксперимент подтвердил, что такие микроскопические электрические импульсы способны ионизировать воздух и запускать реакции, приводящие к синтезу органических молекул. В образце были выявлены соединения, содержащие связи углерода и азота, включая цианистый водород, глицин и урацил — ключевые компоненты белков и нуклеиновых кислот.
Учитывая, что молнии — это прерывистое и непредсказуемое явление, тогда как водяные брызги повсеместно распространены на Земле, мы предполагаем, что наши результаты открывают еще один возможный путь абиотического образования связей углерода и азота.
По материалам исследователей.
Эти результаты позволяют предположить, что распространённые природные явления — такие как волны, водопады и дождевые брызги — могли сыграть ключевую роль в синтезе органических соединений на ранней Земле. Возникающие в результате микроразрядов химические структуры могли стать основой для формирования простейших биологических систем.