Ученые приблизились к разгадке тайны зарождения жизни: появилась ключевая теория

Зародилась ли жизнь на Земле или на звездах? Ученые рассматривают три основные теории – и полагают, что они близки к разгадке. Три конкурирующие теории происхождения строительных блоков жизни могут сочетаться друг с другом. Из всех вопросов, на которые стремится ответить наука, одним из самых важных может быть то, как зародилась жизнь на нашей планете. Возникли ли основные компоненты жизни на Земле или среди звезд?

фото: freepik.com

Хотя существует множество научных теорий происхождения жизни, все они разделяют некоторые основные предположения о том, что жизнь состоит из четырех основных компонентов, и их, вероятно, не было , когда Земля впервые сформировалась из шара горячей пыли, газа и магмы 4,6 миллиарда лет назад.

Как пишет Daily Mail, три ведущие теории таковы: жизнь возникла из основных газов и элементов ранних водоемов и морей Земли, метеориты доставили живых существ на землю, и метеориты доставили только основные химические компоненты жизни, но не саму жизнь.

Эксперты в этой области астробиологии и аналитической химии рассказали DailyMail.com, что наиболее вероятным объяснением является комбинация первой и третьей теорий.

Ученые считают, что основные строительные блоки жизни были доставлены из космоса метеоритами, и они дали начало жизни в первичном бульоне ранних земных бассейнов и мелководных морей.

Три основные теории о происхождении жизни расходятся в главном вопросе: откуда именно взялись эти вещества и как они положили начало процессу, который закончился тем, что Земля была полностью покрыта жизнью – от морского дна до горных вершин?

Неудивительно, что этот вопрос также является одним из самых сложных для ответа, отмечает Daily Mail.

И, по словам исследователей, посвятивших свою жизнь изучению основ химии жизни, ответ, вероятно, включает в себя сочетание этих объяснений.

Теория первичного бульона, впервые предложенная несколькими астрономами в 1920-х годах, предполагает, что химические строительные блоки жизни сформировались в бассейнах или океанах ранней Земли из основных газов и металлов.

Некоторые обширные источники энергии, подобные удару молнии, вызвали образование аминокислот – строительных блоков белков.

Теория панспермии может показаться притянутой за уши по сравнению с ней, пишет Daily Mail: инопланетные микробы прилетели из космоса и размножились здесь, на Земле. Но ученые выдвинули эту идею только потому, что никакая другая теория, казалось, не объясняла, откуда взялась жизнь.

Третья теория называется псевдопанспермией, и она находится где-то между двумя другими. Она похожа на панспермию, но предполагает, что на землю упали только основные строительные блоки жизни в виде метеорита или кометы, а не реальные живые существа. Эти молекулы нашли пристанище в ранних морях, где они дали начало белкам и, в конечном счете, одноклеточным существам.

Итак, каков ответ?

Когда журналисты DailyMail.com спросили нескольких экспертов, какая из этих теорий самая сильная, они в основном согласились в том, что недостаточно доказательств, чтобы уверенно предпочесть одну теорию другой.

Грэм Кукс, профессор аналитической химии в Университете Пердью, сказал DailyMail.com: "Все живые системы включают молекулы и химические реакции. Молекулы жизни на Земле включают пептиды/белки и нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК). Независимо от того, были ли эти молекулы получены здесь или где-либо еще, реакции, которые приводят к их образованию – лежащий в их основе химический состав – были бы одинаковыми”.

В 2022 году Кук и его коллеги представили доказательства того, что строительные блоки жизни, возможно, возникли в результате сочетания псевдопанспермии и первичного бульона, пишет Daily Mail.

Метеориты разбивались о отложения аминокислот и других молекул, включая воду, в древних океанах Земли, где они самопроизвольно собирались в небольшие белки, называемые пептидами.

"Хотя у меня нет никаких оснований для четких представлений о том, где произошла химия, я знаю это из лабораторных реакций: в крошечных каплях воды аминокислоты быстро собираются в пептиды, не нуждаясь ни в каких других реагентах или катализаторах", – отмечает профессор Кукс.

"Это позволяет разумно предположить, что аминокислоты, доставленные в древний океан с помощью метеоритов (процесс, который не ослабевает и сегодня), должны были присутствовать в древних морских брызгах и обязательно должны были образовывать пептиды", – сказал он.

Именно так это могло произойти на Земле, считает он.

"Но, учитывая наличие морей с жидкой водой на планетных телах, таких как Энцелад, спутник Сатурна, и присутствие там аминокислот, ожидается, что и там будет такая же химия образования пептидов", – продолжил Кукс.

Объяснение Кукса сочетает в себе достоверность лабораторных результатов с неопределенностью относительно того, действительно ли на Земле все происходило так, как в лаборатории, подчеркивает Daily Mail.

Ясухиро Оба, доцент Института науки о низких температурах Университета Хоккайдо, пришел к другим выводам, но он разделяет схожее чувство неопределенности. Несмотря на работу его команды, которая поддерживает теорию псевдопанспермии, он признал несколько проблем с этой идеей.

"Самым важным из них является то, что любая жизнь никогда не создавалась из гораздо более простых компонентов, таких как аминокислоты и нуклеиновые основания", – сказал Ясухиро Оба DailyMail.com.

Другими словами, создание аминокислот в лабораторных условиях, имитирующих раннюю землю, – это одно. Но дать начало реальным живым существам – это совсем другое, поясняет Daily Mail.

"Хотя некоторые функциональные молекулы, такие как ДНК, РНК и пептиды, были синтезированы в лабораториях пребиотической химии, условия синтеза в лаборатории всегда далеки от реальных условий на ранней Земле", – отметил Оба.

Еще более досадно, что ученые не могут знать, какой была "реальная окружающая среда" на ранней Земле, сказал ученый.

Вместо этого команда Оба создала холодный безвоздушный вакуум в лаборатории, чтобы имитировать условия космоса. А в 2019 году они обнаружили, что основные органические молекулы могут образовываться в космосе.

Эти молекулы, называемые нуклеосомами, соединяются с фосфатами и сахарами, образуя нуклеотиды, которые строят ДНК, – так что они далеки от реальных живых существ. Тем не менее они необходимы для жизни.

"Наши результаты показывают, что процессы, которые мы воспроизвели, могли привести к образованию молекулярных предшественников жизни", – сказал тогда Оба. "Результаты могут улучшить наше понимание ранних стадий химической эволюции в космосе".

Они также обнаружили, что аминокислоты могут образовываться в условиях космоса.

Но указывают ли данные его команды на то, что псевдопанспермия более вероятна, чем первичный бульон?

"Я не могу сказать, что лучше, а что нет, – сказал Ясухиро Оба. – Если простая жизнь создана в лабораториях из простых молекул, которые были обнаружены во внеземных материалах, мы можем сказать, что так называемая теория псевдопанспермии может сыграть свою роль. Обратите внимание, что я не исключаю никаких возможностей происхождения жизни на Земле. жизнь, возможно, сформировалась не только с помощью теории псевдопанспермии, но и с помощью теории первичного бульона».

Другие ученые долгое время разделяли эту неопределенность в отношении двух теорий, что привело их к появлению третьей.

"гипотеза панспермии была предложена потому, что любые другие теории не могли объяснить возникновение жизни", – сказал Оба.

С панспермией все гораздо проще. Предполагается, что жизнь попала на землю из космоса. Эта теория даже предшествует “первичному супу”, пишет Daily Mail. Сванте Аррениус предложил ее в 1903 году, но долгое время отвергалась как лженаука за отсутствием доказательств.

"В современной формулировке эта гипотеза предусматривает три этапа, – пишет Юко Кавагути, астробиолог из Японского исследовательского центра изучения планет. – Побег с планеты, транзит через межпланетное пространство и посадка на планету-получатель".

Пока что "транзит" – это единственное доказательство, собранное учеными. Но они все еще добавляют находки к этой куче, подчеркивает Daily Mail.

Команда Оба обнаружила доказательства наличия нуклеиновых оснований в метеорите, которые некоторые эксперты восприняли как подтверждение теории панспермии. Однако другие исследования предоставляют более прямые доказательства. Кавагути и ее команда опубликовали исследование 2020 года в журнале Frontiers of Microbiology, показывающее, что бактерии, находящиеся в космосе в течение трех лет, могут выжить. Основываясь на образцах, взятых в течение трехлетнего периода, исследователи предсказали, что бактерии могут выживать в суровых условиях космоса в течение двух-восьми лет – возможно, достаточно долго для короткого путешествия на землю.

В последующем исследовании Кавагути и ее коллеги показали, что мутации ДНК, накопленные бактериями во время пребывания в космосе, были похожи на мутации тех же бактерий на Земле.

Другими словами, полет в космическом вакууме, казалось, причинил микроорганизмам не больше вреда, чем пребывание на Земле.

"Даже таким ученым, как мы, до сих пор неясно, когда, где и как зародилась первая жизнь", – сказал Оба.

Но одно можно сказать наверняка, сказал он: компоненты жизни существовали на Земле до того, как появилась жизнь: "Источник таких компонентов может быть разнообразным: из космоса и/или первичного бульона. Будущие обширные исследования происхождения жизни на Земле должны прояснить такие экстремальные вопросы".

Источник