Наукпоп

18 червня 2022, 20:03

Ексклюзив NV

Блискавки, комети та радіація. Найбільш інтригуючі гіпотези про походження життя на Землі

Вчені досі неспроможні розгадати таємницю виникнення життя планети. НВ зібрав найцікавіші припущення.

Життя на Землі почало зароджуватися близько 4 млрд років тому, поступово пройшовши складний шлях від найпростіших мікроорганізмів до величезного біорізноманіття, яке є зараз.

Питання про те, як саме з’явилися перші живі істоти на планеті, досі залишається відкритим. Вчені мають безліч припущень — деякі з них більше наближені до реальності, а якісь ніби зійшли просто з науково-фантастичних сюжетів.

НВ зібрав найцікавіші припущення про походження життя Землі.

Блискавки та метеорити

Фосфор є однією з основ зародження живих організмів. Це основа для ДНК, РНК, кісткової тканини та клітинних мембран. Зазвичай цей хімічний елемент міститься у нерозчинних мінералах. Єдиним винятком є матеріал під назвою шрейберзит, який опинився на Землі завдяки метеоритам, які падаюють на планету.

Передплатіть, щоб прочитати повністю

Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою

Передплатити
Перший місяць 1 ₴. Відмовитися від передплати можна у будь-який момент

Про те, що необхідну іскру для зародження живих організмів на планеті могла дати блискавка, кажуть ще із середини ХХ століття. На ранній Землі щорічно відбувалося від 1 до 5 млрд спалахів блискавок. Для порівняння — зараз їх менше ніж 600 млн на рік.

Дослідники висунули теорію, що необхідна для зародження кількість фосфору могла з’явитися на Землі саме завдяки блискавкам, оскільки удари блискавок зазвичай припадали на материкову частину тропічних регіонів. Це призвело до утворення областей із вищим вмістом фосфору саме там, де з більшою ймовірністю були присутні й інші інгредієнти життєвого коктейлю, — у невеликих водоймах на суші.

Уповільнення Землі

Вчені тривалий час вважали, що до зародження життя причетні ціанобактерії. Однак для їх еволюції була потрібна велика кількість кисню. Тривалий час мікроорганізми могли створювати свій життєвий бульйон на планеті, поки близько 2,4 млрд років тому не настала Киснева революція, коли у складі атмосфери Землі з’явився кисень, такий необхідний для розвитку життя.

Що стало його причиною — зараз дослідники також не можуть відповісти. Американські та німецькі вчені у своєму дослідженні пов’язують цю подію з уповільненням Землі через поступове віддалення Місяця від нашої планети.

Кожне століття земний день стає довшим на 1,8 мілісекунди. На перший погляд, зміна практично непомітна, проте варто лише подивитись масштабніше — і картина прояснюється: 200 млн років тому доба була на годину коротша, а 600 млн років тому на добу була лише 21 година. Інша група дослідників підрахувала, що 1,4 млрд років тому день тривав лише 18,7 години.

Тепер настав час пов’язати ці дані із зародженням життя. Команда вчених звернула свою увагу на бактерії з глибокого провалу Мідл-Айленд в озері Гурон, яке розташоване на півночі США та Канаді. Вода в ньому насичена сіркою, а кисню навпаки там дуже мало, через що вважається, що живим організмам жити в ній досить непросто. Однак життя там є — це бактерії, що вважають аналогами найпростіших, які мільярди років населяли нашу планету.

У лабораторних умовах дослідники виявили, що чим більше безперервного світла одержують мікроби, тим більше кисню вони виробляють. Відповідно, триваліші світлові дні призвели до того, що бактерії виділяли більше кисню. На думку вчених, саме це спричинило кисневу революцію.

Підводне життя

Основою життя Землі є фотосинтез. Фотосинтез неможливий без Сонця. Проте життя без Сонця існує — за підрахунками вчених, близько 1030 мікроорганізмів проживає у надрах Землі. Цей світ — один із найрізноманітніших і найстаріших на планеті.

«Сонцезамінником» для них стали підводні вулкани, які вивергають зокрема й вуглець із воднем, необхідні для підтримання життя. Група вчених з Німеччини та США (не та, про яку ми говорили вище) припускає, що підводні вулкани могли «з'єднати» ці молекули, що стало каталізатором хімічних реакцій, внаслідок яких на Землі зародилося життя.

Гаряча лава підводних вулканів твердне і перетворюється на камінь. За мільйони років на них осідають різні мінерали, які формують сприятливе середовище для появи анаеробів — найпростіших мікроорганізмів, які можуть існувати без доступу до кисню.

На підтвердження цієї гіпотези кілька років тому вчені Університетського коледжу Лондона успішно створили протоклітини за схожих умов, що існують біля і всередині підводних вулканів.

Радіація вбиває. Але й допомагає

Продовжуючи тему підводних вулканів, варто поговорити про радіацію. Деякі вчені вважають, що саме вона замінює Сонце для організмів, що живуть на великій глибині.

Барбара Шервуд Лоллар, геохімік з Університету Торонто, разом із колегами виявили глибоко під землею на територіях Південної Африки та Канади гелій. Це вказує на радіоактивний розпад урану і торію, що розщеплюють молекули води. Також з’ясувалося, що місцеві бактерії виробляли меланін, який захищає їх від радіації та дає їм можливість черпати енергію з реакцій розпаду.

Тоді Лоллар з командою припустили, що мікроби, які живуть у цих місцях, отримували енергію для свого виживання з водню, виробленого за допомогою радіолізу. Щоб це перевірити, вони вивчали проби води по всьому світу, і з’ясували, що в деяких місцях, ізольованих від земної поверхні більше одного або навіть двох мільярдів років, все одно вирувало життя.

Теоретично це відкриває можливість для мікроботів розвиватися й еволюціонувати у своєму середовищі, щоб поступово її покинути і вирушити спочатку ближче до поверхні океану, а потім і вийти на суходіл, де питання з енергією вирішується за допомогою Сонця.

Привіт із космосу

Панспермія — одна з найбільш інтригуючих гіпотез про виникнення життя. Відповідно до неї, життя Землі з’явилося внаслідок зіткнення з іншим космічним тілом, а першими живими організмами були екстремофіли — істоти, здатні жити і розмножуватися в екстремальних умовах.

Екстремофіли в теорії можуть пережити складну космічну подорож і можуть існувати в умовах, у яких будь-яка інша жива істота не вижила б. Відмінним прикладом є тихоходки, які можуть виживати як у неймовірному холоді, так і при жарі до 60, а в деяких випадках до 100 °C. Дослідження показали, що тихоходки можуть вижити навіть за умов відкритого космосу.

Це підштовхнуло деяких учених до припущення, що життя на Землі виникло після того, як на планету впав один з величезної кількості метеоритів, що впали на нашу планету. Є навіть гіпотези, що космічне тіло могло прилетіти до нас не з умовного Марсу, а з іншої зіркової системи, «захопивши» там мікробну основу для зародження життя, яке потрапило до правильного середовища на Землі.

Необхідні для життя елементи відомі як CHNOPS — вуглець, водень, азот, кисень, фосфор та сірку. Комбінації цих шести хімічних елементів становлять переважну більшість біологічних молекул Землі. Раніше вчені знайшли п’ять із них у кометах, проте питання з фосфором тривалий час залишалося відкритим.

Його вирішили дослідники з Університету Турку у Фінляндії, виявивши елемент у внутрішній частині комети Чурюмова-Герасименко.

Фосфор — одна з найважливіших частин у головоломці життя на Землі. На ранній Землі не вистачало молекул, які містять розчинний фосфор. Експерименти показали, що цей елемент може відігравати вирішальну роль у походженні біологічних молекул.

Льодовий початок

На противагу гарячим тепературам, які генерують Сонце та вулкани, є й інша гіпотеза — життя зародилося у льоду. Геохімік з Каліфорнійського університету Джеффрі Бада впевнений, що низькі температури сприяють виживаності «ключових органічних сполук, які вважають важливими для появи життя».

Гіпотеза світу РНК припускає, що найпершими реплікаторами, з яких розвинулося життя, були молекули РНК Джеймс Аттуотер і Філіп Голліґер з Лабораторії молекулярної біології в Кембриджі припускають, що лід створює ідеальні умови для виникнення та підтримки життя цих молекул, з яких згодом виникло життя.

Крім того, лід міг захистити тендітні органічні сполуки від ультрафіолетового світла та руйнування від космічних ударів. Молекули, які містилися у льоду, жили довше, завдяки чому відбувалися ключові реакції для зародження життя.

Глиняний зліпок

Хімік-органік Олександр Грем Кернс-Сміт припускає, що перші молекули життя зародилися на глині.

Головна місія ДНК — зберігати інформацію про те, як влаштовані молекули, а генетичні послідовності в ДНК — це своєрідна інструкція про те, як амінокислоти мають розміщуватися в білках. Кернс-Сміт вважає, що впорядковувати органічні молекули в організовані структури могли кристали глиняних мінералів. Згодом молекули «навчилися» робити це самостійно, після чого бульйон життя почав закипати і розвиватися.

Вчені з Массачусетського технологічного інституту, Університету Макгілла та Університету Кентуккі вважають, що глина могла бути «підкладкою» для синтезу РНК із розрізнених нуклеотидів та утворення прототипів клітинних мембран із жирних кислот.

Другие новости

Всі новини