Международная группа исследователей предложила новое объяснение того, почему жизнь смогла появиться именно на Земле. Согласно новой работе, ключевую роль могли сыграть не только вода, атмосфера и расстояние от Солнца, но и формирование континентов из гранитной коры, содержащей минерал турмалин. Именно этот минерал, как считают ученые, помог стабилизировать концентрацию бора — элемента, критически важного для ранней химии жизни.
Исследование опубликовано в журнале Terra Nova. Его авторами стали доктор Брендан Дайк из University of British Columbia Okanagan и доктор Джон Уэйд из University of Oxford.
Работа предлагает новый взгляд на происхождение жизни и показывает, насколько тесно ранняя биология могла зависеть от геологии молодой Земли.
Почему бор считается важным для происхождения жизни
Современные исследования происхождения жизни уделяют большое внимание молекуле РНК.
Согласно гипотезе «мира РНК», именно РНК могла стать первой сложной самовоспроизводящейся молекулой еще до появления ДНК и белков.
Однако молекулы РНК крайне нестабильны.
Для их формирования и сохранения необходимы определенные химические условия. Одним из ключевых элементов в этой системе считается бор.
Бор способен:
- стабилизировать сахара рибозы;
- предотвращать разрушение молекул;
- поддерживать формирование сложной органической химии.
Без подобных процессов ранние органические соединения могли разрушаться быстрее, чем успевали объединяться в более сложные структуры.
Проблема заключалась в избытке бора
На первый взгляд может показаться, что большое количество бора должно было помогать возникновению жизни.
Но ситуация оказалась значительно сложнее.
Авторы исследования пришли к выводу, что на ранней Земле концентрация бора в океанах могла быть слишком высокой для нормальной предбиотической химии.
Слишком большие концентрации этого элемента становятся токсичными и нарушают химические процессы.
Получается парадокс:
- бор необходим для формирования жизни;
- но его избыток способен мешать этим процессам.
Ученые считают, что ранняя Земля долгое время находилась именно в таком неустойчивом состоянии.
Континенты могли изменить химию планеты
Ситуация начала меняться примерно 3,7 миллиарда лет назад, когда на Земле стали активно формироваться крупные континентальные массивы.
Главную роль сыграла гранитная континентальная кора.
В отличие от океанической коры, богатой базальтами, гранит содержит минерал турмалин.
Турмалин известен как полудрагоценный камень, используемый в ювелирной промышленности, однако его геохимические свойства оказались значительно важнее для ранней Земли.
Турмалин стал природным «фильтром» для океанов
Главная особенность турмалина заключается в способности связывать бор.
Исследователи считают, что по мере роста континентов происходил постепенный процесс:
- формировались гранитные породы;
- в них накапливался турмалин;
- минерал связывал избыток бора;
- концентрация элемента в океанах снижалась.
Авторы сравнивают этот процесс с гигантской геологической губкой.
Континенты фактически начали регулировать химический состав мирового океана.
Земля могла «настраивать» условия для жизни миллиарды лет
Исследование показывает, что возникновение жизни, возможно, зависело не от одного удачного события, а от чрезвычайно долгой геохимической эволюции планеты.
На протяжении сотен миллионов лет происходили процессы:
- роста континентов;
- эрозии пород;
- химического выветривания;
- перераспределения элементов.
В результате концентрация бора постепенно приблизилась к диапазону, благоприятному для сложной органической химии.
Только после этого условия могли стать пригодными для устойчивого формирования молекул, связанных с жизнью.
Речь идет не о «камнях, породивших жизнь»
Авторы исследования подчеркивают, что гранит или турмалин не создавали жизнь напрямую.
Речь идет о другом механизме.
Минералы могли:
- стабилизировать химическую среду;
- регулировать концентрации элементов;
- поддерживать предбиотические реакции;
- создавать благоприятные условия для сложной химии.
Это важное различие, поскольку современные модели происхождения жизни рассматривают геологию как среду для химической эволюции, а не как непосредственный источник живых организмов.
Фосфор остается еще одним ключевым элементом жизни
Новая работа хорошо сочетается с современными исследованиями роли фосфора в происхождении жизни.
Фосфор является фундаментальным компонентом:
- ДНК;
- РНК;
- клеточных мембран;
- молекулы АТФ, обеспечивающей перенос энергии в клетках.
Без фосфора современная биохимия невозможна.
Однако происхождение доступного фосфора на ранней Земле также остается сложной научной проблемой.
Ранняя Земля могла быть химически гораздо активнее
Недавние исследования показывают, что древние океаны отличались от современных.
В них могли присутствовать:
- высокие концентрации растворенных металлов;
- восстановленные формы железа;
- активные вулканические процессы;
- интенсивный гидротермальный обмен.
Такая среда могла значительно облегчать предбиотическую химию.
Некоторые модели показывают, что ранние океаны содержали гораздо больше растворенного фосфора, чем считалось раньше.
Гидротермальные источники остаются одним из главных кандидатов
Многие ученые считают, что жизнь могла зародиться рядом с гидротермальными источниками.
Такие системы обеспечивают:
- тепло;
- химические градиенты;
- минеральные поверхности;
- активную циркуляцию веществ.
Современные гидротермальные экосистемы на дне океана демонстрируют, что жизнь способна существовать даже без солнечного света.
Это делает подобные среды особенно интересными для астробиологии.
Почему континенты могли быть важнее, чем считалось
Долгое время ученые концентрировались главным образом на атмосфере и океанах ранней Земли.
Новая работа смещает внимание к континентальной коре.
Если выводы исследования верны, тогда именно появление гранитных континентов могло стать критическим этапом для возникновения жизни.
Без подобных процессов:
- химический состав океанов оставался бы нестабильным;
- концентрации элементов могли быть токсичными;
- сложная органическая химия формировалась бы значительно хуже.
Это может изменить поиск жизни на других планетах
Исследование имеет важные последствия для астробиологии.
Обычно при поиске пригодных для жизни миров ученые оценивают:
- наличие жидкой воды;
- температуру;
- атмосферу;
- расстояние до звезды.
Теперь к этому списку может добавиться геология планеты.
Если континентальная кора действительно играет ключевую роль в регулировании химии океанов, то наличие гранитных континентов может оказаться важным признаком потенциальной обитаемости.
Марс может быть примером противоположного сценария
Авторы исследования отдельно упоминают Марс.
Красная планета практически не имеет развитой гранитной континентальной коры, аналогичной земной.
Большая часть марсианской поверхности состоит из базальтовых пород.
Если модель верна, то на Марсе концентрации бора в древних водоемах могли оставаться неблагоприятными для предбиотической химии.
Это не означает, что жизнь на Марсе была невозможна, но условия могли быть менее стабильными, чем на Земле.
Геология и биология могли развиваться вместе
Современная наука все чаще рассматривает Землю как единую взаимосвязанную систему.
В этой модели:
- геология влияет на атмосферу;
- атмосфера влияет на океаны;
- океаны влияют на химическую эволюцию;
- химическая эволюция влияет на биологию.
Новая работа показывает, что даже минералы континентальной коры могли напрямую участвовать в подготовке среды для появления жизни.
Ученые до сих пор не знают точного механизма происхождения жизни
Несмотря на многочисленные исследования, происхождение жизни остается одной из крупнейших научных загадок.
Сегодня существует несколько основных гипотез:
- гидротермальная;
- «мир РНК»;
- происхождение в мелководных водоемах;
- участие метеоритов и космической органики;
- минерально-каталитические модели.
Вероятно, реальная картина включала сразу несколько процессов одновременно.
Космос тоже мог участвовать в формировании жизни
Некоторые исследования показывают, что часть необходимых элементов и органических молекул могла поступать из космоса.
Метеориты содержат:
- аминокислоты;
- органические соединения;
- фосфорсодержащие минералы.
Это означает, что происхождение жизни, возможно, зависело одновременно:
- от внутренней геологии Земли;
- от океанов;
- от атмосферы;
- от космических поставок вещества.
Происхождение жизни становится междисциплинарной наукой
Современные исследования объединяют:
- геологию;
- химию;
- биологию;
- планетологию;
- астрономию;
- минералогию.
Новая работа о роли гранита и турмалина показывает, насколько неожиданными могут быть факторы, повлиявшие на появление жизни.
Оказалось, что обычные минералы, формировавшиеся в континентальной коре миллиарды лет назад, могли сыграть критическую роль в настройке химической среды молодой Земли.
Если гипотеза подтвердится дальнейшими исследованиями, это изменит представления не только о происхождении жизни на нашей планете, но и о том, какие миры во Вселенной действительно способны стать обитаемыми.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
