Солнце помогло зарождению жизни на Земле
Супервспышки на Солнце могли способствовать появлению аминокислот на нашей планете. Чтобы это выяснить, ученые проверили, как в смеси из разных химических веществ, которые были в атмосфере ранней Земли, появляются аминокислоты под воздействием протонов. Они имитировали солнечные частицы. Работа опубликована в журнале Life.
Ученые давно пытаются понять, как на Земле появилась жизнь. Например, исследователи ищут объяснение тому, как на Земле образовались аминокислоты — сырье, из которого возникли белки и все клеточные организмы. В конце XIX века исследователи предположили, что жизнь могла появится в «теплом маленьком пруду», который был похож на «суп» из химических веществ, питаемых разными источниками энергии (молнии, тепло и так далее).
Воссоздать эти первобытные условия попытался Стэнли Миллер из Чикагского университета в 1953 году. Ученый заполнил камеру метаном, аммиаком, водой и молекулярным водородом — газами, которые, как считается, преобладали в атмосфере ранней Земли. После этого Миллер зажигал электрическую искру, имитируя молнию. Через неделю исследователь обнаружил в камере 20 разных аминокислот.
Однако за последние 70 лет эта интерпретация значительно усложнилась. Сегодня ученые знают, что аммиака и метана в то время было гораздо меньше, чем считалось ранее. Вместо этого в воздухе было много углекислого газа и молекулярного азота. Чтобы разрушить эти вещества, нужно гораздо больше энергии. Более того, аминокислот из этих газов будет гораздо меньше.
Исследователи начали искать ответы на эти пробелы в теории появления жизни на Земле. Одни ученые считали, что много энергии давали ударные волны от падающих метеоров, другие — ультрафиолетовое излучение Солнца. Пытаясь найти ответ, ранее астрономы использовали данные миссии NASA Kepler, которая показала новые источники энергии для возникновения жизни.
В 2016 году ученые опубликовали исследование, в котором предположили, что в первые 100 миллионов лет существования нашей планеты Солнце было примерно на треть тусклее, чем сегодня. При этом солнечные супервспышки — мощные взрывы, во время которых выделяется в 10 тысяч раз больше энергии, чем во время обычных вспышек — происходили раз в 3-10 дней. Сегодня мы наблюдаем такие всплески энергии примерно раз в столетие. Такие взрывы запускают частицы со скоростью, близкой к скорости света. Они регулярно сталкиваются с атмосферой Земли и запускают химические реакции.
В то же время команда японских ученых исследовала химию пребиотиков. Они пытались понять, как галактические космические лучи, поступающие в нашу систему из-за ее пределов, могли повлиять на атмосферу ранней Земли.
«Большинство исследователей игнорируют галактические космические лучи, потому что они требуют специального оборудования, такого как ускорители частиц. Мне посчастливилось иметь доступ к некоторым из них рядом с нашими объектами», — рассказал Кэнсэй Кобаяси из Йокогамского государственного университета.
Теперь ученые из обеих групп создали смесь газов, соответствующую атмосфере ранней Земли. В этот микс вошел углекислый газ, молекулярный азот, вода и переменное количество метана (до сих пор непонятно, сколько метана было в ранней атмосфере Земли, но ученые считают, что не очень много). Исследователи стреляли в газовые смеси протонами и поджигали их искрами, имитируя солнечные частицы и разряды молнии.
Пока доля метана была больше 0,5%, смеси, в которые запускали протоны, создавали аминокислоты и карбоновые кислоты. Однако для того, чтобы аминокислоты появлялись от разрядов «молнии», нужно, чтобы метана было около 15%.
«И даже при 15% метана скорость производства аминокислот молнией в миллион раз меньше, чем протонами», — отметил Владимир Айрапетян из Центр космических полетов имени Годдарда NASA.
При этом протоны не только требуют меньше метана для реакций, но и производят больше карбоновых кислот, чем «молнии».
Судя по всему, солнечные частицы — более эффективный источник энергии, чем молния. Раньше ученые считали, что молнии во времена ранней Земли были таким же привычным явлением, как и сегодня, однако из-за более тусклого Солнца все было немного иначе.
«В холодных условиях у вас никогда не бывает молний, а ранняя Земля была под довольно слабым Солнцем. Это не говорит о том, что это не могло произойти из-за молнии, но теперь молнии кажутся менее вероятными, а солнечные частицы — более вероятными», — отметил Владимир Айрапетян.
Это исследование показывает, что Солнце могло стать катализатором зарождения жизни на нашей планете.
