Что такое жизнь? Это размытое понятие, не имеющее единого ответа. Если вы спросите философа, он может процитировать Платона и сказать, что это способность поддерживать себя и размножаться, хотя в этом случае стерильные ослы не являются живыми объектами. Спросите биолога, и он, скорее всего, даст вам хрестоматийное определение жизни как организованной материи с генами - настолько разнообразной, как парамеция и слон.
Оливер Трапп, профессор химии Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана в Германии, предлагает другое описание. Он говорит, что жизнь - это "самодостаточная сеть реакций", в которой организмы имеют процессы, необходимые для выживания и адаптации. Это соответствует определению, которое НАСА использует при поиске внеземной жизни. Четкое представление о том, из чего состоит жизнь и какие условия необходимы для ее поддержания, помогает астрономам лучше понять, на что следует обратить внимание при поиске жизни на других планетах.
В частности, они могут искать среду, в которой были собраны необходимые ингредиенты. Предпосылками для возникновения жизни, судя по тому, что произошло на ранней Земле, являются материалы для органических химических реакций. В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Scientific Reports, Трапп и его коллеги смоделировали, как 4,4 миллиарда лет назад наша планета получила материалы для химических реакций, вызывающих жизнь. Они предполагают, что никаких особых или удачных условий для этого не требовалось. Вместо этого жизнь на Земле возникла из вулканических частиц и богатых железом метеоритов. Они несли строительные блоки, необходимые для живых существ: аминокислоты, липиды, нуклеозиды и сахара.
"Понимание происхождения биологии - один из величайших нерешенных научных вопросов. Он имеет важные последствия для понимания того, насколько распространенной может быть жизнь за пределами Земли, и для понимания места человечества во Вселенной", - говорит Хендерсон (Джим) Кливс, профессор химии Токийского технологического института и президент Международного общества по изучению происхождения жизни, который не принимал участия в исследовании.
Предыдущие теории предполагали, что вулканы Земли были отправной точкой. Лава сформировала континенты, а вулканические газы помогли создать океаны и атмосферу. Возможно, ранняя Земля получила еще один важный толчок в виде падающих с неба метеоров, богатых химическими веществами.
Новое исследование Траппа предполагает, что именно железо из упавших астероидов помогло преобразовать атмосферный углекислый газ в органические молекулы, такие как углеводороды, альдегиды и спирт. "Метеориты попадали в плотные слои атмосферы, нагревались, а затем происходила абляция наночастиц, - объясняет он. Природные минералы, найденные на вулканах, помогли бы поддержать эти химические реакции.
Чтобы определить взаимодействие космических пород и земных извержений, авторы смоделировали в лаборатории условия нашей молодой планеты. Они приобрели куски двух железных и каменистых метеоритов, растворили их в кислоте, чтобы создать раствор, и смочили в нем измельченные образцы вулканического пепла и минералов, предположительно присутствовавших миллиарды лет назад. В результате была создана модель падения метеоритов на вулканические острова. Команда также смоделировала атмосферные условия на ранней Земле, соединив углекислый газ с водородным газом или водой в системе высокого давления и высокой температуры.
Наблюдая за реакциями в этой модели под давлением, команда заметила увеличение производства альдегидов, формальдегидов, спирта, углеводородов и ацетальдегида. Эти органические соединения затем использовались в дальнейших химических реакциях для получения аминокислот, липидов, молекул ДНК и РНК. "Даже при низких температурах частицы были высокореактивными и довольно прочными", - говорит Трапп. Авторы предполагают, что по мере того, как атмосфера Земли остывала и становилась более реактивной, железу, вероятно, было легче ускорить процесс преобразования углекислого газа в кислородсодержащие органические соединения.
"Очень интересно увидеть демонстрацию того, как микрометеориты могли способствовать пребиотическому органическому синтезу во время своего падения", - отмечает Кливс. Хотя он говорит, что работа дает достаточно доказательств в пользу этой теории о том, как впервые возникла жизнь, он предупреждает, что это моделирование зависит от состава ранней атмосферы. Неясно, существовали ли эти условия именно так, как их смоделировали в лаборатории, говорит он.
Трапп говорит, что полученные результаты - это начало пути к раскрытию того, из чего состоит жизнь. При наличии необходимых материалов условия для поддержания жизни могут быть не только на Земле. Это может помочь исследователям космоса решить, стоит ли изучать ту или иную планету. Например, неактивные вулканы уже были обнаружены в других местах, таких как луна Юпитера Ио и Европа - сильный претендент на внеземную жизнь, поскольку под ее ледяной поверхностью находится океан жидкой воды.
С другой стороны, эти симуляции могут исключить перспективные миры. "Если планета охлаждается слишком быстро и больше не в состоянии преобразовывать углекислый газ в органические соединения, этот процесс полностью остановится и, по сути, приведет к гибели жизни". Даже если мы и наткнемся на планету с оптимальной для жизни средой, найдем ли мы инопланетян - это уже другой вопрос.