Бурное активное Солнце могло дать толчок жизни на Земле
|
Новое исследование показало, что первые строительные блоки жизни на Земле могли образоваться благодаря извержениям нашего Солнца. Серия химических экспериментов показывает, как солнечные частицы, сталкиваясь с газами в ранней атмосфере Земли, могут образовывать аминокислоты и карбоновые кислоты, основные строительные блоки белков и органической жизни. Выводы были опубликованы в журнале Life. Чтобы понять происхождение жизни, многие ученые пытаются объяснить, как образовались аминокислоты, сырье, из которого образовались белки и вся клеточная жизнь. Самое известное предположение возникло в конце 1800-х годов, когда ученые предположили, что жизнь могла зародиться в «теплом маленьком пруду»: супе химических веществ, подпитываемых молнией, теплом и другими источниками энергии, которые могут смешиваться в концентрированных количествах для образуют органические молекулы. |
В 1953 году Стэнли Миллер из Чикагского университета попытался воссоздать эти первобытные условия в лаборатории. Миллер заполнил закрытую камеру метаном, аммиаком, водой и молекулярным водородом — газами, которые, как считается, преобладали в ранней атмосфере Земли — и неоднократно зажигал электрическую искру, имитируя молнию. Через неделю Миллер и его научный руководитель Гарольд Юри проанализировали содержимое камеры и обнаружили, что образовалось 20 различных аминокислот. «Это было большим откровением», — сказал Владимир Айрапетян, звездный астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и соавтор новой статьи. «Из основных компонентов атмосферы ранней Земли можно синтезировать эти сложные органические молекулы». |
Но последние 70 лет усложнили эту интерпретацию. Теперь ученые считают, что аммиака (NH3) и метана (CH4) было гораздо меньше; вместо этого воздух Земли был наполнен двуокисью углерода (CO2) и молекулярным азотом (N2), для разрушения которых требуется больше энергии. Эти газы все еще могут давать аминокислоты, но в значительно меньших количествах. В поисках альтернативных источников энергии некоторые ученые указали на ударные волны от падающих метеоров. Другие ссылались на солнечное ультрафиолетовое излучение. Айрапатян, используя данные миссии НАСА «Кеплер», указал на новую идею: энергичные частицы нашего Солнца. |
Кеплер наблюдал за далекими звездами на разных стадиях их жизненного цикла, но его данные дают намеки на прошлое нашего Солнца. В 2016 году Айрапетян опубликовал исследование, в котором предполагалось, что в течение первых 100 миллионов лет существования Земли Солнце было примерно на 30% тусклее. Но солнечные «супервспышки» — мощные извержения, которые сегодня мы наблюдаем примерно раз в 100 лет, — должны были извергаться каждые 3–10 дней. Эти супервспышки запускают частицы со скоростью около света, которые регулярно сталкиваются с нашей атмосферой, запуская химические реакции. «Как только я опубликовал эту статью, со мной связалась команда Йокогамского национального университета в Японии», — сказал Айрапетян. |
Доктор Кобаяши, профессор химии, провел последние 30 лет, изучая химию пребиотиков. Он пытался понять, как галактические космические лучи — поступающие частицы из-за пределов нашей Солнечной системы — могли повлиять на атмосферу ранней Земли. «Большинство исследователей игнорируют галактические космические лучи, потому что для них требуется специальное оборудование, такое как ускорители частиц», — сказал Кобаяши. «Мне посчастливилось иметь доступ к нескольким из них рядом с нашими объектами». Незначительные изменения в экспериментальной установке Кобаяши могли бы проверить идеи Айрапатяна. |
Айрапетян, Кобаяши и их сотрудники создали смесь газов, соответствующую атмосфере ранней Земли, как мы ее понимаем сегодня. Они объединили углекислый газ, молекулярный азот, воду и переменное количество метана. (Доля метана в ранней атмосфере Земли неизвестна, но считается низкой.) Они стреляли в газовые смеси протонами (имитация солнечных частиц) или поджигали их искровыми разрядами (имитация молнии), воспроизводя эксперимент Миллера-Юри для сравнения. Пока доля метана превышала 0,5%, смеси, выстреливаемые протонами (солнечными частицами), производили определяемые количества аминокислот и карбоновых кислот. Но искровые разряды (молнии) требовали концентрации метана около 15%, прежде чем вообще образовались какие-либо аминокислоты. «И даже при 15% метана скорость производства аминокислот молнией в миллион раз меньше, чем протонами», — добавил Айрапетян. Протоны также имеют тенденцию производить больше карбоновых кислот (предшественников аминокислот), чем те, которые зажигаются искровыми разрядами. |
При прочих равных условиях солнечные частицы кажутся более эффективным источником энергии, чем молния. Но все остальное, вероятно, не было равным, предположил Айрапетян. Миллер и Юри предположили, что молния была столь же обычным явлением во времена «теплого маленького пруда», как и сегодня. Но молния, исходящая от грозовых облаков, образованных восходящим теплым воздухом, была бы более редкой при тусклом солнце на 30%. «В холодных условиях никогда не бывает молний, а ранняя Земля находилась под довольно слабым солнцем», — сказал Айрапетян. «Это не говорит о том, что это не могло произойти из-за молнии, но теперь молнии кажутся менее вероятными, а солнечные частицы — более вероятными». Эти эксперименты показывают, что наше активное молодое солнце могло катализировать предшественников жизни легче и, возможно, раньше, чем предполагалось ранее. |
Источник |