Жизнь зародилась на нашей планете более 4-х млрд лет тому назад, когда Земля была более влажным и «суровым» миром, нежели сейчас, купающимся в испепеляющих ультрафиолетовых лучах. Как произошло так, что простые клетки, в конечном итоге, превратились в микромицеты (грибы и грибообразные организмы микроскопических размеров), лягушек, слонов, людей и прочих живых организмов, населяющих нашу планету сегодня?
Новое исследование от учёных Лаборатории реактивного движения и команды Icy Worlds из Astrobiology Institute, базируемого в Ames Research Center НАСА, описывает, как электрическая энергия, вырабатываемая в ходе естественных процессов на морском дне, возможно, дала начало всей жизни на планете. Следует отметить, что учёные уже давно выдвинули гипотезу, получившую название «подводное щелочное гидротермальное зарождение жизни». Новый отчет объединяет в себе данные, собранные за десятилетия лабораторных, теоретических и полевых исследований, формируя единую глобальную картину происходящего.
Согласно результатам, которые могут рассматриваться как теория «водного мира», жизнь, возможно, зародилась в теплых источниках морского дна в те далёкие времена, когда наша планета практически полностью была покрыта водой. Эта идея гидротермальных источников, рассматриваемых в качестве возможного места для происхождения жизни, впервые была предложена в 1980 году исследователями, обнаружившими их на морском дне вблизи Кабо-Сан-Лукаса (Мексика). Гидротермальные источники срединно-океанических хребтов, больше известные как «черные курильщики», найденные учёным более 30 лет тому назад, представляли собой отверстия в морском дне через которое исходили пузырьки с горячей, кислотной жидкостью. Гидротермальные источники, анализировавшийся в новом исследовании — испускают более холодные щелочные растворы. Один из комплексов таких щелочных «отверстий» был обнаружен совершенно случайно в северной части Атлантического океана в 2000 году. Он получил название «Потерянный город».
По словам Michael Russell Лаборатории реактивного движения, жизнь использует в своих интересах «неуравновешенные» места на планете, которые, возможно, имели место миллиарды лет тому назад в щелочных гидротермальных источниках. Жизнь — процесс, который позволяет решить проблему этого нарушения равновесия, отмечает Russell, автор статьи, посвящённой результатам нового исследования, изданной в апрельском номере журнала «Astrobiology».
Другие теории происхождения жизни описывают водоёмы, или «супы» химических веществ, исходящих из скалистой поверхности Земли. Некоторые из этих моделей «химического супа», в сочетании с молниями и ультрафиолетовым излучением, по мнению многих учёных, обусловили возникновение жизни в водоемах.
Согласно теории «водного мира» Russell и его команды, теплые щелочные гидротермальные источники поддерживали несбалансированное состояние по отношению к окружающему древнему кислотному океану, обеспечивая, так называемую, свободную энергию, необходимую для возникновения жизни. Фактически, источники создавали две формы химического дисбаланса. Во-первых, протонный градиент, где протоны — ионы водорода — были сосредоточены в большей степени на внешней стороне «трубы» морского «вентиля», называемой минеральной мембранной. Во-вторых, электрический градиент, олицетворяющий дисбаланс между гидротермальными жидкостями и океаном. Миллиарды лет тому назад, когда Земля была ещё молода, её океаны были богаты углекислым газом. Когда углекислый газ из океана и «топливо» из гидротермального источника (в большей степени представленное водородом и метаном) «встречались» через минеральные мембраны, то происходил обмен электронами. Эти реакции, возможно, произвели более сложный углерод, или органические соединения — существенные компоненты жизни. Как и протонные градиенты, процессы передачи электронов регулярно происходят в митохондриях.
По словам Laurie Barge, второго автора исследований из JPL, в пределах этих «вентилей», учёные располагают геологической системой, которая обеспечивает один из аспектов, необходимых для возникновения жизни. Жизнь возможна за счет протонных градиентов и передачи электронов, подытожил учёный.
Как и в случае со всеми высокоразвитыми формами жизни, ферменты — это ключ к активизации химических реакций. В древних океанах нашей планеты, минералы, возможно, выполняли роль ферментов, взаимодействуя с химическими веществами, плавающими вокруг. Согласно теории «водного мира», два различных типа минеральных «двигателей, вероятно, выровняли стены вентиляционных структур».
По словам Russell, эти минеральные двигатели можно сравнить с теми, что устанавливают в современных автомобилях. Они, как и автомобильные двигатели, потребляют топливо, образуя выхлопные газы, объясняет учёный. ДНК и РНК, с другой стороны, больше походят на компьютеры автомобиля, потому что руководят процессами, а не инициируют их протекание, отмечает Russell.
Один из микродвигателей, как полагают учёные, использовал минерал, известный как «зелёная ржавчина», что давало ему возможность воспользоваться протонным градиентом для производства фосфатосодержащей молекулы, которая аккумулирует энергию. Второй микродвигатель полностью зависел от редкого металла, получившего в последствии название молибден. Этот металл также задействован и в нашем организме — в работе многих ферментов. Он оказывает помощь в передаче двух электронов за один раз.
По словам Russell, его команда называет молибден «элементом Douglas Adams», объясняя это тем, что атомное число молибдена 42, которое также является «ответом на главной вопрос жизни, вселенной и всего-всего» в популярной книге Douglas Adams «Автостопом по галактике» («The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy»).
Теория возникновения жизни Russell исходит своими корнями не только к Земле, но и к другим влажным скалистым мирам. По словам Barge, теории Michael Russell уже 25 лет и за это время в ходе многих космических миссий удалось найти доказательства существования жидких океанов воды и скалистого морского дна на Европе и Энцеладе. Учёные много узнали о истории воды на Марсе и, вполне возможно, ближайшем будущем им удастся найти планеты, подобные Земле, вокруг далёких звезд, отмечает учёный.
Пока, вопрос о том, являются ли щелочные гидротермальные источники «инкубаторами жизни», остается без ответа.
