Одна из самых больших загадок науки — это переход от неживой материи к живым клеткам. Согласно общепринятой теории, ранняя Земля представляла собой «первичный бульон», насыщенный разнообразными химическими соединениями. Однако появление в этой среде сложных органических молекул было невозможным без внешнего энергетического воздействия. Долгое время ученые полагали, что катализатором этого могли служить молнии: старт химическим реакциям, необходимым для синтеза аминокислот и других жизненно важных соединений, дали мощные электрические разряды.
Эта идея была экспериментально подтверждена в 1952 году в знаменитом опыте Миллера-Юри. Ученые пропустили электрические разряды через смесь газов, имитирующую атмосферу ранней Земли, и обнаружили, что в результате действительно образуются аминокислоты — основные компоненты белков. Однако у этой гипотезы есть ряд недостатков. В океане такие соединения бы быстро растворились, не успев сконцентрироваться в достаточном количестве для последующих химических реакций. А вероятность удара молнии в нужном месте в небольшой водоем слишком низкая.
Новая работа исследователей из Стэнфорда предлагает альтернативный механизм — «микромолнии». Ученые обнаружили, что при разбрызгивании воды на воздухе — например, в прибрежных волнах, водопадах или во время дождя — мельчайшие капли приобретают электрические заряды. Более крупные капли чаще заряжаются положительно, а более мелкие — отрицательно. При их столкновениях происходят миниатюрные электрические разряды, невидимые невооруженным глазом, но достаточно мощные, чтобы запустить химические реакции.
Для проверки своей гипотезы ученые повторили эксперимент Миллера-Юри, но вместо имитирующих удар молнии разрядов электричества использовали микрокапли воды. В камере со смесью газов, воссоздающую атмосферу ранней Земли (азот, метан, углекислый газ, аммиак), распылялись мелкие капли воды при комнатной температуре. Высокоскоростные камеры зафиксировали крошечные электрические разряды, возникающие между каплями.
Результаты оказались поразительными: даже без дополнительного внешнего источника энергии в среде возникли органические соединения с углеродно-азотными связями — цианистый водород, глицин и урацил. Эти молекулы играют ключевую роль в биохимии: глицин является аминокислотой, необходимой для образования белков, а урацил — одним из оснований, составляющих РНК.
Исследователи полагают, что этот процесс мог происходить повсеместно на древней Земле, поскольку микрокапли воды формируются везде, где есть движение воды — в морском прибое, водопадах, дождях и даже в тумане. Такой механизм образования органических молекул мог быть не только более распространенным, чем удары молний, но и гораздо более стабильным во времени.
Гипотеза ученых позволяет не только раскрыть тайну возникновения жизни на Земле, но и изменить наш взгляд на возможности формирования жизни в других частях Вселенной. Если микроскопические разряды между каплями воды способны стать толчком для образования органических молекул, это значит, что аналогичные процессы могут происходить на других планетах, где есть жидкость и атмосфера. Возможно, жизнь зарождается не в результате редких и мощных событий, а благодаря незаметным, но постоянным природным процессам.
Тем временем собственную гипотезу о происхождении жизни на Земле выдвинули российские ученые.
