Новое исследование учёных Стэнфордского университета предполагает, что строительные блоки жизни могли сформироваться благодаря крошечным электрическим разрядам между каплями воды, а не в основном за счёт крупных ударов молний.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что распыление воды в смесь газов, предположительно соответствующую ранней атмосфере Земли, привело к образованию органических молекул, содержащих углерод-азотные (C–N) связи. Эти связи соединяют атомы углерода и азота и встречаются в белках, ферментах, нуклеиновых кислотах, хлорофилле и многих других молекулах, необходимых живым организмам. Молекулы, полученные в ходе эксперимента, включали циановодород, глицин — простейшую аминокислоту, участвующую в построении белков, и урацил — одно из четырёх химических оснований, составляющих РНК.
Полученные данные предлагают ещё одно возможное объяснение того, как на Земле образовались первые органические молекулы, и добавляют новый взгляд к давно обсуждаемой гипотезе Миллера — Юри.
Гипотеза Миллера — Юри восходит к знаковому эксперименту 1952 года, в котором были воссозданы условия, предположительно существовавшие на ранней Земле. В том эксперименте через смесь воды и простых газов пропускали электрические искры, в результате чего из неживых химических веществ образовались аминокислоты и другие органические молекулы. Результаты показали, что молнии могли способствовать созданию некоторых химических строительных блоков, необходимых для жизни. Однако некоторые учёные утверждали, что удары молний могли происходить недостаточно часто или охватывать недостаточно большую площадь ранних океанов, чтобы полностью объяснить образование этих молекул.
В новом исследовании учёные из Стэнфорда изучили, могут ли крошечные электрические заряды, естественным образом возникающие в каплях воды, запускать те же типы химических реакций без какого-либо внешнего источника электричества.
Они обнаружили, что при распылении нейтральной воды или её разбивании на мелкие капли в результате всплесков капли приобретают электрический заряд. Более крупные капли обычно несут положительный заряд, а более мелкие — отрицательный. Когда противоположно заряженные капли сближаются, между ними возникают крошечные электрические разряды, сопровождаемые короткими вспышками света. Исследователи зафиксировали эти вспышки с помощью высокоскоростных камер, поскольку они слишком слабы и кратковременны, чтобы их можно было легко заметить невооружённым глазом.
Старший автор исследования Ричард Заре, профессор естественных наук имени Маргерит Блейк Уилбур и профессор химии в Школе гуманитарных и естественных наук Стэнфорда, называет эти крошечные разряды «микромолниями», поскольку они возникают в процессе, аналогичном образованию молний в грозовых облаках, но в гораздо меньших масштабах.
По словам исследователей, эти микроэлектрические разряды несут достаточно энергии, чтобы возбуждать, расщеплять или ионизировать близлежащие молекулы газа. Ионизация — это процесс, при котором атомы или молекулы теряют или приобретают электроны, становясь более химически активными. Это позволяет химическим реакциям протекать в месте соприкосновения воды и газов — в области, известной как граница раздела газа и воды.
Чтобы проверить эту идею, команда распыляла воду комнатной температуры в газовую смесь, содержащую азот, метан, углекислый газ и аммиак — газы, которые, по мнению учёных, присутствовали в ранней атмосфере Земли. В результате эксперимента было получено несколько органических молекул, содержащих C–N связи, включая циановодород — высокореакционную молекулу, которая может способствовать образованию более сложных органических соединений, глицин и урацил. Они были аналогичны соединениям, полученным в первоначальном эксперименте Миллера — Юри, но в данном случае не использовался внешний источник электричества.
Учёные полагают, что в течение первых пары миллиардов лет после формирования Земли планета содержала много простых химических веществ, но очень мало органических молекул с C–N связями. Естественное образование этих молекул из неживых химических веществ, известное как пребиотический синтез, считается важным этапом в понимании того, как могла зародиться жизнь.
«Микроэлектрические разряды между противоположно заряженными микрокаплями воды производят все органические молекулы, ранее наблюдавшиеся в эксперименте Миллера — Юри, и мы предполагаем, что это новый механизм пребиотического синтеза молекул, составляющих строительные блоки жизни», — сказал Заре.
Основываясь на полученных данных, исследователи предполагают, что водяные брызги, создаваемые разбивающимися океанскими волнами, водопадами или ударами воды о камни, могли генерировать бесчисленные микроскопические электрические разряды по всей ранней Земле. Поскольку такие водяные брызги, вероятно, были обычным явлением, команда утверждает, что они могли обеспечивать химические реакции, необходимые для получения органических молекул, которые впоследствии стали строительными блоками жизни.
«На ранней Земле водяные брызги были повсюду — в расщелинах или о камни, и они могли накапливаться и вызывать эту химическую реакцию», — сказал Заре. «Я думаю, это преодолевает многие проблемы, которые у людей были с гипотезой Миллера — Юри».
Исследователи утверждают, что их результаты дают ещё одно объяснение химических реакций, которые могут происходить там, где встречаются вода и газы. Исследование не отвергает идею о роли молний, а предполагает, что гораздо более мелкие электрические разряды от водяных капель также могли способствовать образованию молекул, необходимых для жизни.
Исследовательская группа Заре также изучала другие химические реакции с участием крошечных капель воды, в том числе то, как водяной пар может способствовать образованию аммиака — важного ингредиента удобрений, и как маленькие капли воды могут спонтанно производить перекись водорода.
«Обычно мы считаем воду такой безвредной, но, будучи разделённой на мелкие капли, вода становится высокореакционной», — сказал он.
Источник: Стэнфордский университет, Science
Эта статья была подготовлена с использованием ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, данный материал используется в целях новостного репортажа. Добросовестное использование разрешено законом об авторском праве и может не считаться нарушением.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
