Важлива складова першого життя на Землі могла виникнути у гідротермальних жерлах моря. На це вказує експеримент, у якому науковці відтворили доісторичні вулкани в лабораторії. За присутності певних мінералів заліза у теплій воді цього мініатюрного варива утворилися амінокислоти та лактат – біомолекули першого життя.
Крім збагаченої мінералами води, це гідротермальне жерло викидає також водень і метан – подібні жерла за часів доісторичної Землі могли стати місцем зародження життя. Зображення: NOAA Ocean Explorer/ URI-IAO, UW, IFE.
Як і де виникло життя на Землі? Відповіді на це питання дотепер немає. Науковці припускають, що життя зародилося у порах глиняної породи, у гарячих болотах, у гідротермальних жерлах або навіть у порах застиглої лави морських вулканів.
Також досі залишається не визначеним, які молекули стали першими складниками життя. Згідно з однією теорією, РНК ще до ДНК були генетичними молекулами перших клітин, чиї складові могли виникнути спільно з амінокислотами у підводних вулканах, доводять експерименти.
Новий експеримент щодо виникнення життя здійснили науковці на чолі з Лорі Барж (Laurie Barge) з Лабораторії реактивного руху NASA. Вони хотіли знати, чи лужні гідротермальні жерла могли бути місцями утворення складників життя, зокрема амінокислот.
«Знання, чи можуть такі біомолекули утворитися лише з мінералів та органічних прекурсорів, допоможе з’ясувати, в середовищі якого типу виникло життя», – пояснила Барж. Для свого експерименту науковці реконструювали хімічно-фізичне середовище одного з таких вулканів у мініатюрному масштабі.
У злегка лужну, до 70 градусів підігріту морську воду вчені додали поширений на ранній Землі мінерал гідроксид заліза (FeO(OH)), збагачений цим металом. До неї вчені додали й органічну сполуку піровиноградної кислоти та аміаку, що виникає у гідротермальних жерлах за таких умов.
Підводне жерло в мініатюрі: у воду потрапляють збагачені залізом мінерали, в результаті чого виникають молочна кислота та амінокислоти. Зображення: NASA/ JPL-Caltech/Flores.
Результат: за браку кисню у давньому океані піровиноградна кислота та аміак вступали в реакцію з частково окисленим мінералом заліза. Піровиноградна кислота отримувала при цьому збагачену азотом аміногрупу та перетворювалася на амінокислоту аланін. Водночас виникав лактат, сіль молочної кислоти.
Обидві речовини – важливі для живих організмів біомолекули, а гідрокарбонові кислоти на кшталт молочної кислоти, крім того, вважають попередниками пізніших, складніших елементів життя. «Це демонструє, що водяні, частково спрощені системи мінералів заліза, які існували на ранній Землі, могли сприяти синтезу та накопиченню пребіотичних органічних молекул», – констатувала Барж з командою.
Іншим позитивним чинником могли бути геохімічні градієнти у самих жерлах вулканів: на маленькому просторі суттєві хімічні та термальні відмінності надають енергію для хімічних реакцій, що могло прискорити утворення все складніших молекул.
На думку науковців, експеримент доводить: на доісторичній Землі власне лужні гідротермальні жерла могли бути придатною для зародження життя сферою. Водночас це могло б також підказати, за яких умов життя може виникнути на інших небесних тілах. «Ми ще не маємо доказів позаземного життя, але зрозумівши умови, необхідні для його виникнення, зможемо звузити діапазон пошуків», – сказала Барж.
Принаймні у двох місцях Сонячної системи можуть існувати гідротермальні жерла, тобто потенційні джерела життя: на супутнику Сатурна Енцеладі – тут під шаром криги розташований субглаціальний океан, в якому, ймовірно, з гарячих надр піднімається тепла лужна вода. Рідкий океан є і на супутнику Юпітера – Європі.
Nadja Podbregar
Experiment rekonstruiert Wiege des Lebens
NASA/JPL, 27/02/2019
Зреферувала С. К.
04.03.2019