Як і будь-який малюк, немовля Сонце було справжнім випробуванням. Воно брикалося й кричало, кожні кілька днів кидаючи в простір навколо себе потужними суперспалахами.
Колись ми думали, що ці спалахи стануть перешкодою для життя на Землі. Але дані свідчать про те, що вони, можливо, були пусковим механізмом, який поклав початок, оскільки сонячні частинки зіткнулися з молекулами в ранній атмосфері Землі, щоб створити основні будівельні блоки, які пізніше об’єднаються, щоб створити життя.
Тепер, бомбардуючи копію первинної атмосфери імітацією сонячних частинок і блискавки в лабораторії, дослідники створили амінокислоти та карбонові кислоти – два основних основних інгредієнта для білків і життя.
«Ми вперше експериментально показали, що швидкість виробництва амінокислот і карбонових кислот у невідновлюваних газових сумішах … завдяки протонному опроміненню може значно перевищувати швидкість виробництва цих молекул через галактичні космічні промені та іскрові розряди», пише команда під керівництвом хіміка Кенсея Кобаяші з Національного університету Йокогами в Японії.
«Це надає експериментальні докази, що підтверджують важливість подій сонячних енергетичних частинок у молодому Сонці як джерела енергії, які були необхідні для синтезу біологічно важливих молекул, відкладених і накопичених у різноманітних водних геологічних середовищах ранньої Землі».
Земля — єдине місце у Всесвіті, де ми точно знаємо, що існує життя. Проте ми не знаємо, чому приблизно 4 мільярди років тому складна хімія почала самовідтворюватися, як це було. У нас є дуже приблизне уявлення про основи, але деталі виявляється трохи складно зібрати разом.
Довгий час вчені вважали, що блискавка може відігравати певну роль, взаємодіючи з молекулами, теплом і водою, утворюючи амінокислоти, основні молекули, на яких будується життя.
Експерименти показали, що це точно. Коли в 1953 році гази, які, як вважають, становили ранню атмосферу Землі, об’єднали та запалили іскрами, утворилися амінокислоти. Тоді ми вважали, що рання атмосфера Землі була насичена великою кількістю метану, аміаку, водяної пари та молекулярного водню. Враховуючи ці припущення, експерименти, як правило, зосереджувалися на газових сумішах, що складаються з цих речовин.
Однак пізніші дослідження показали, що атмосфера Землі не була такою багатою на метан і аміак. Навпаки, в ньому переважали гази, що утворилися внаслідок вулканічної діяльності – вуглекислий газ і молекулярний азот із лише невеликою кількістю метану. Подібні іскрові експерименти, проведені на цій суміші, призвели до дуже неефективного виробництва амінокислот.
Тоді було висловлено припущення, що до цього могли бути причетні галактичні космічні промені. Експерименти, що імітують цей процес, опромінювали змодельовану ранню атмосферу протонами, що призвело до більш відповідного виробництва амінокислот. Але питання про те, чи було випромінювання галактичних космічних променів достатнім під час раннього розвитку Землі, щоб забезпечити необхідний для життя тип хімії, залишалося дискусійним.
Прорив стався кілька років тому, у 2016 році, коли команда під керівництвом вчених Володимира Айрапетяна з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA вирішила ближче подивитися на Сонце. Це здається трохи неінтуїтивним; Рання поведінка Сонця, на перший погляд, не здається сприятливою для умов, що дають життя. Мало того, що він був дуже примхливим, він був холоднішим і тьмянішим, лише на 70 відсотків від поточного виходу.
Айрапетян і його команда показали, що вередливість Сонця могла б компенсувати його холод, обрушивши Землю суперспалахами, які могли нагріти Землю, незважаючи на прохолоду Сонця, і спровокувати хімічні реакції, які виробляли пребіотичні молекули. Кобаясі, який десятиліттями досліджував хімію пребіотиків, звернувся до Айрапетіана, щоб розслідувати це питання.
Команда створила кілька газових сумішей, що моделюють гіпотетичні атмосфери ранньої Землі, що містять молекулярний азот, вуглекислий газ, водяну пару та метан у різних пропорціях. Ці суміші поміщали в камеру, де їх піддавали або протонному опроміненню, щоб імітувати ефект сонячних спалахів, або електричним розрядам, щоб імітувати блискавку.
Ефекти були вражаючими. Дослідники виявили, що суміш повинна складатися з принаймні 15 відсотків метану, щоб іскри виробляли амінокислоти, що зовсім не мало. Проте змодельовані сонячні частинки виробляли амінокислоти та карбонову кислоту із сумішшю, яка містила лише 0,5 відсотка метану.
Це далеко не димляча зброя, але це свідчить про те, що шалена сонячна активність могла зіграти значну роль у виникненні життя. І хоча блискавка могла зіграти певну роль, вона, ймовірно, була значно меншою.
«І навіть при 15-відсотковому вмісті метану швидкість утворення амінокислот блискавкою в мільйон разів менша, ніж протонами», — каже Айрапетян.
«У холодних умовах у вас ніколи не було блискавок, і рання Земля була під досить слабким сонцем. Це не означає, що це не могло виникнути від блискавки, але зараз блискавка здається менш імовірною, а сонячні частинки здаються більш ймовірними».
Це може бути важливою підказкою щодо того, як і чому ми сюди потрапили, але це також може допомогти астрономам визначити, де в інших місцях могла сформуватися пребіотична хімія. Наприклад, марсохід NASA Curiosity виявив велику кількість нітратів на поверхні Марса, що свідчить про те, що колись на Марсі фіксація азоту (поєднання молекулярного азоту з іншими елементами з утворенням сполук) була відносно ефективною. Можливо, бурхливе Сонце теж доклало руку.
Дослідження опубліковано в Life.
