Новое исследование MIT обнаружило, что примитивные пруды могли обеспечить подходящую среду для заваривания первых форм жизни на Земле, в большей степени, чем океаны.

Исследователи сообщают, что неглубокие водоемы, порядка 10 сантиметров в глубину, могли содержать высокую концентрацию того, что, по мнению многих ученых, является ключевым ингредиентом для начала жизни на Земле: азот.

В мелких водоемах азот в форме азотистых оксидов имел бы хорошие шансы накапливаться в количестве, достаточном для реакции с другими соединениями и создания первых живых организмов. Исследователи говорят, что в гораздо более глубоких океанах азоту было бы труднее установить значительное, катализирующее жизнь присутствие.

«Наше общее послание заключается в том, что если вы думаете, что происхождение жизни требовало фиксированного азота, как это делают многие люди, тогда трудно происхождение жизни в океане», — говорит ведущий автор Сукрит Ранджан, постдок из Департамента Земли Массачусетского технологического института. Атмосферные и планетные науки (EAPS). «Гораздо проще сделать это в пруду».

Ранджан и его коллеги опубликовали свои результаты сегодня в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems . Соавторами статьи являются Эндрю Баббин, доцент Доэрти по использованию океана в EAPS, а также Зои Тодд и Димитар Саселов из Гарвардского университета и Пол Риммер из Кембриджского университета.

Разорвать связь

Если примитивная жизнь действительно возникла в результате ключевой реакции с участием азота, ученые полагают, что это могло произойти двумя способами. Первая гипотеза касается глубокого океана, где азот в форме азотистых оксидов мог реагировать с углекислым газом, выделяющимся из гидротермальных источников, с образованием первых молекулярных строительных блоков жизни.

Вторая основанная на азоте гипотеза происхождения жизни связана с РНК — рибонуклеиновой кислотой, молекулой, которая сегодня помогает кодировать нашу генетическую информацию. В своей примитивной форме РНК, вероятно, была свободно плавающей молекулой. Некоторые ученые считают, что при контакте с азотистыми оксидами РНК могла химически индуцироваться для образования первых молекулярных цепей жизни. Этот процесс образования РНК мог произойти либо в океанах, либо в мелких озерах и прудах.

Азотные оксиды, вероятно, откладывались в водоемах, включая океаны и пруды, как остатки распада азота в атмосфере Земли. Атмосферный азот состоит из двух молекул азота, связанных сильной тройной связью, которая может быть нарушена только чрезвычайно энергичным событием, а именно молнией.

«Молния похожа на взрыв очень мощной бомбы», — говорит Ранджан. «Он производит достаточно энергии, чтобы разорвать эту тройную связь в нашем атмосферном газообразном азоте, чтобы произвести азотистые оксиды, которые затем могут попасть в водоемы».

Ученые полагают, что в ранней атмосфере могло быть достаточно потрескивания молнии, чтобы произвести изобилие азотных оксидов, способствующих возникновению жизни в океане. Ранджан говорит, что ученые предположили, что этот запас азотсодержащих оксидов, генерируемых молнией, был относительно стабильным, когда соединения попали в океаны.

Тем не менее, в этом новом исследовании он выделяет два значительных «поглотителя» или воздействия, которые могли бы уничтожить значительную часть азотистых оксидов, особенно в океанах. Он и его коллеги просмотрели научную литературу и обнаружили, что азотистые оксиды в воде могут разрушаться при взаимодействии с ультрафиолетовым светом солнца, а также с растворенным железом, выделяющимся из примитивных океанических пород.

Ранджан говорит, что как ультрафиолетовое излучение, так и растворенное железо могли разрушить значительную часть азотных оксидов в океане, отправляя соединения обратно в атмосферу в виде газообразного азота.

«Мы показали, что если вы включите эти две новые раковины, о которых люди раньше не думали, это снизит концентрацию азотных оксидов в океане в 1000 раз по сравнению с тем, что люди рассчитывали раньше», — говорит Ранджан.

«Строительство собора»

В океане , ультрафиолетовый свет и растворенное железо сделали бы азотные оксиды гораздо менее доступны для синтеза живых организмов. Однако в мелких водоемах у жизни был бы лучший шанс завладеть ею. Это в основном потому, что пруды имеют гораздо меньший объем, по которому можно разбавлять соединения. В результате азотные оксиды накапливались бы до гораздо более высоких концентраций в прудах. Любые «поглотители», такие как ультрафиолетовый свет и растворенное железо, оказали бы меньшее влияние на общие концентрации соединения.

Ранджан говорит, что чем мельче пруд , тем больше вероятность того, что азотистые оксиды должны были взаимодействовать с другими молекулами, в частности с РНК, чтобы катализировать первые живые организмы.

«Эти пруды могли быть глубиной от 10 до 100 сантиметров, с площадью поверхности в десятки квадратных метров или больше», — говорит Ранджан. «Они были бы похожи на Дон Хуан Понд в Антарктиде сегодня, который имеет летнюю сезонную глубину около 10 сантиметров».

Это может показаться не очень значительным водоемом, но он говорит, что в этом-то и дело: в окружающей среде любые более глубокие или большие азотистые оксиды были бы просто слишком разбавлены, что исключало бы какое-либо участие в химии происхождения жизни. По оценкам других групп, около 3,9 миллиардов лет назад, незадолго до появления первых признаков жизни на Земле, во всем мире, возможно, было около 500 квадратных километров мелких водоемов и озер.

«Это очень мало по сравнению с тем количеством озер, которое мы имеем сегодня», — говорит Ранджан. «Тем не менее, по отношению к количеству поверхности пребиотик-химик постулат необходим для начала жизни, это вполне адекватно».

Дискуссия о том, возникла ли жизнь в прудах по сравнению с океанами, не совсем решена, но Ранджан говорит, что новое исследование предоставляет одно убедительное доказательство первого.

«Эта дисциплина не похожа на опрокидывание ряда домино, и больше похожа на строительство собора», — говорит Ранджан. «Реального момента« ага »не существует. Это больше похоже на терпеливое построение одного наблюдения за другим, и возникает картина, что в целом многие пути пребиотического синтеза кажутся химически более простыми в прудах, чем в океанах».