Возможно, жизнь зародилась не в результате мощного удара молнии в океан, а в результате возникновения множества «микромолний» между каплями воды, взлетающими над волнами или падающими с прибрежных скал. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что распыление воды в смеси газов, которые, как считается, присутствовали в ранней атмосфере Земли, может привести к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями, включая урацил — один из компонентов ДНК и РНК.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, добавляет доказательства в гипотезу Миллера-Юри и рассматривает ее под новым углом. Гипотеза нобелевского лауреата Гарольда Юри и его ученика Стенли Миллера утверждает, что жизнь на планете зародилась в результате удара молнии. Эта теория основана на эксперименте 1952 года, во время которого органические соединения образовались при воздействии мощного электрического разряда на смесь воды и неорганических газов.
Следует сказать, что, помимо теории Миллера и Юри, существуют другие гипотезы (Опарина-Холдейна, Мухина, Наточина и др.), не связанные с ведущей ролью электричества в происхождении жизни.
В ходе текущего исследования ученые обнаружили, что распыление воды, при котором образуются слабые, но многочисленные электрические разряды, может выполнять эту работу самостоятельно, без внешнего электрического удара.
Авторы исследования полагают, что электрические разряды между противоположно заряженными микрокаплями воды могут создать те же органические молекулы, что наблюдались ранее в эксперименте Миллера-Юри. Это альтернативный механизм предбиотического синтеза молекул, составляющих строительные блоки жизни.
Сила и потенциал микромолний
Считается, что в течение пары миллиардов лет после своего образования Земля представляла собой вихрь неорганических и органических веществ, в котором, однако, почти не было органических молекул с углеродно-азотными связями. Именно они необходимы для создания белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла и других соединений, из которых сегодня состоят живые организмы.
Вопрос о том, как появились эти биологические компоненты, долгое время озадачивал ученых, и эксперимент Миллера-Юри дал одно из возможных объяснений: эти органические молекулы могли образоваться в результате удара молнии в океан и высокотемпературного взаимодействия воды с газами ранней планеты, такими как метан, аммиак и водород. Критики этой теории отмечают, что молнии случаются слишком редко, а океан слишком велик и обширен, чтобы это могло быть реальной причиной.
Новая команда исследователей изучила, как капли воды приобретают разный заряд при разделении на брызги. Ученые обнаружили, что более крупные капли чаще имеют положительный заряд, а более мелкие — отрицательный. Когда противоположно заряженные капли приближаются друг к другу, между ними проскакивают искры. Авторы назвали их «микромолниями», поскольку процесс в целом похож на накопление и высвобождение энергии в облаках. Исследователи использовали чувствительные высокоскоростные фотокамеры, чтобы зафиксировать вспышки света, которые невозможно заметить невооруженным глазом.
Крошечные вспышки в массе несут в себе много энергии. Исследователи продемонстрировали эту энергию, распыляя воду комнатной температуры в газовую смесь, содержащую азот, метан, углекислый газ и аммиак, которые, как считается, присутствовали на ранней Земле. Распыление привело к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями, включая цианистый водород, аминокислоту глицин и урацил. По мнению исследователей, жизнь на Земле зародилась не из-за ударов «небесных» молний, но из крошечных искр, образующихся при столкновении волн или падении воды с прибрежных скал. Впрочем, не исключены оба «жизнетворящих» фактора.
Исследовательская группа занимается изучением потенциальной энергии небольших частиц воды. Она изучает, как водяной пар может помогать в производстве аммиака, ключевого ингредиента сельскохозяйственных удобрений, и как частицы воды самопроизвольно «доокисляются» в перекись водорода. Когда вода разделяется на маленькие капли, она становится очень реактивной и способной творить чудеса, полагают ученые.
Недавно ученые предположили, что вода во Вселенной появилась почти сразу после Большого Взрыва — через каких-нибудь 100-200 миллионов лет.
