Вопрос о происхождении жизни остаётся одной из величайших научных загадок. Учёные уже давно знают, что все живые организмы на Земле построены из ограниченного набора химических элементов. Углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера входят в состав клеток, белков, ДНК и других молекул, без которых жизнь невозможна.
Однако происхождение этих жизненно важных элементов на молодой Земле до сих пор вызывает споры. На протяжении десятилетий одной из наиболее популярных гипотез считалось, что значительная часть необходимых веществ была доставлена из внешних областей Солнечной системы астероидами и кометами. Новое исследование, поддержанное NASA, предлагает иную картину событий и показывает, что многие ключевые компоненты для появления жизни могли прибыть вовсе не из далёких окраин планетной системы, а из её внутренних регионов.
Жизнь начинается с химии
Любая форма жизни, известная современной науке, основана на определённом наборе химических элементов. Особое значение имеют азот и фосфор.
Азот входит в состав аминокислот и нуклеиновых кислот. Без него невозможно существование белков и генетического материала. Фосфор является ключевым элементом ДНК, РНК и молекул, участвующих в переносе энергии внутри клеток.
Поскольку молодая Земля формировалась из вещества протопланетного диска вокруг Солнца, исследователей давно интересует вопрос: каким образом наша планета получила достаточное количество этих элементов для последующего возникновения жизни.
Ответ на этот вопрос важен не только для понимания собственного происхождения, но и для оценки вероятности существования жизни в других планетных системах.
Традиционная версия: доставка из внешней Солнечной системы
Долгое время преобладала идея, что значительная часть летучих веществ и химических ингредиентов жизни попала на Землю благодаря астероидам и кометам.
Согласно этой модели, во внутренней части молодой Солнечной системы было слишком жарко для сохранения многих соединений. Поэтому вещества, содержащие воду, азот и другие важные компоненты, должны были формироваться дальше от Солнца.
Позже, во время периода интенсивной бомбардировки молодой Земли, многочисленные астероиды и кометы переносили эти вещества на поверхность планеты.
Такая картина долгое время казалась логичной и хорошо согласовывалась с имеющимися данными.
Однако новые расчёты показывают, что история могла быть гораздо сложнее.
Юпитер оказался важнее, чем предполагалось
Исследователи сосредоточили внимание на процессах, происходивших в первые миллионы лет существования Солнечной системы.
В это время вокруг молодого Солнца находился огромный диск газа и пыли. Именно из него постепенно формировались планеты, астероиды и другие тела.
Особую роль в происходящих процессах сыграл Юпитер.
Сегодня это крупнейшая планета Солнечной системы. Но во времена её формирования влияние газового гиганта на распределение вещества было ещё более значительным.
Моделирование показало, что рост Юпитера мог серьёзно изменить перемещение вещества между внутренними и внешними областями системы. По сути, планета стала своеобразным барьером, который влиял на распределение химических элементов.
Неожиданная история азота и фосфора
В новом исследовании особое внимание уделялось соотношению азота и фосфора.
Учёные обнаружили, что формирование Юпитера могло привести к разделению потоков вещества в протопланетном диске. В результате внутренние области Солнечной системы получили иной химический состав, чем внешние.
Согласно расчётам, значительная часть фосфора и азота, оказавшихся впоследствии на Земле, могла происходить именно из внутренних регионов системы, а не быть доставленной с далёких окраин.
Это противоречит ряду предыдущих моделей, которые предполагали доминирующий вклад внешних астероидов и комет.
Если выводы подтвердятся, придётся пересматривать некоторые представления о химической эволюции молодой Земли.
Планета могла получить жизненно важные элементы раньше
Один из наиболее интересных выводов исследования связан со временем поступления необходимых веществ.
Традиционная модель предполагала, что многие ингредиенты жизни прибыли относительно поздно, уже после формирования основных структур планеты.
Новая работа показывает, что значительная часть этих элементов могла присутствовать на Земле ещё на ранних стадиях её формирования.
Это означает, что условия для возникновения сложной химии могли появиться значительно раньше, чем предполагалось ранее.
Для исследователей происхождения жизни это чрезвычайно важный результат.
Что это говорит о других мирах
Последствия исследования выходят далеко за пределы одной только Земли.
Если распределение жизненно важных элементов действительно зависит от наличия крупных планет вроде Юпитера, то это может существенно влиять на вероятность появления обитаемых миров в других звёздных системах.
В некоторых системах гигантские планеты отсутствуют. В других они располагаются на совершенно иных орбитах.
Это означает, что процессы доставки азота, фосфора и других необходимых веществ могут протекать там совсем по-другому.
Возможно, некоторые потенциально пригодные для жизни планеты просто не получают достаточного количества нужных химических компонентов.
С другой стороны, в отдельных системах условия могут оказаться даже более благоприятными, чем в нашей.
Откуда вообще появились элементы жизни
Важно понимать, что ни Земля, ни Солнечная система не создали эти элементы самостоятельно.
Углерод, азот, кислород, фосфор и другие тяжёлые элементы образовались внутри звёзд предыдущих поколений.
Когда такие звёзды завершали свою жизнь, они выбрасывали вещество в межзвёздное пространство. Позднее из этих обогащённых облаков газа и пыли возникли новые звёзды и планетные системы.
Таким образом, атомы, из которых построены все живые организмы на Земле, появились задолго до рождения Солнца.
Вопрос заключается лишь в том, каким образом эти элементы были перераспределены внутри молодой Солнечной системы и оказались на нашей планете в нужных количествах.
Поиск происхождения жизни продолжается
Несмотря на важность нового исследования, оно не отвечает на главный вопрос — как именно возникла первая жизнь.
Учёные всё ещё не знают, каким образом неживая химия превратилась в первые самовоспроизводящиеся системы.
Однако понимание происхождения исходных ингредиентов является необходимым шагом на пути к решению этой загадки.
Каждая новая работа помогает уточнить условия, существовавшие на молодой Земле более четырёх миллиардов лет назад.
Чем лучше исследователи понимают химическую историю нашей планеты, тем ближе они подходят к объяснению одного из самых фундаментальных событий в истории природы — появления жизни.
Новая картина рождения обитаемых миров
Результаты исследования показывают, что история происхождения жизненно важных элементов может быть гораздо сложнее, чем считалось ранее. Вместо простой схемы, в которой все необходимые вещества были доставлены из внешней Солнечной системы астероидами и кометами, возникает более динамичная картина, где ключевую роль играют процессы формирования планет и перераспределения вещества внутри протопланетного диска.
Особое значение в этой истории приобретает Юпитер. Огромная планета могла не только изменить архитектуру всей Солнечной системы, но и повлиять на химический состав Земли, косвенно создав условия, благодаря которым спустя сотни миллионов лет на нашей планете появилась жизнь.
Исследование напоминает, насколько тесно связаны между собой планетология, астрофизика и астробиология. Чтобы понять происхождение живых организмов, учёным приходится изучать процессы, происходившие ещё до формирования самой Земли — в эпоху, когда Солнечная система только начинала своё существование.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
