Где же зародилась жизнь? Размышляя над этим вопросом в 1871 году, Чарльз Дарвин предположил, что зарождение жизни могло произойти в “маленьком теплом пруде” на поверхности первобытной Земли. С тех пор ученые выяснили, что сложные молекулы жизни действительно могут возникать из неорганических материалов, найденных в некоторых водоемах. Все, что вам нужно, – это подходящие условия. Новое исследование показывает, что мелководные “содовые озера” на западе Канады (как пример) могут соответствовать этим условиям.
В 1952 году американский химик Стэнли Миллер под руководством Гарольда К. Урея провел так называемый эксперимент Миллера-Урея, в ходе которого проверялось, могут ли органические молекулы образовываться из неорганических. В ходе этого эксперимента ученые обнаружили, что аминокислоты (строительные блоки белков) и другие органические молекулы могли быть созданы из условий окружающей среды, существовавших на ранней Земле. Это стало убедительной демонстрацией химической эволюции, в ходе которой сложные химические вещества могут со временем возникать из простых.
С тех пор исследователи показали, что строительные блоки РНК также могут быть созданы аналогичным образом, но в процессе, требующем чрезвычайно высоких концентраций фосфатов. Это связано с тем, что фосфаты образуют “основу” РНК и ДНК, а также являются компонентом клеточных мембран.
Но в раньше это представляло проблему. Чтобы создать такие биомолекулы в лаборатории, исследователи должны использовать концентрацию фосфатов, которая в сотни – миллионы раз превышает уровень, обычно встречающийся в природных реках, озерах или океанах. Эта “фосфатная проблема” была препятствием для подтверждения гипотезы о возникновении жизни. Однако содовые (щелочные) озера могут убрать его.
“Я думаю, что эти содовые озера дают ответ на проблему фосфатов”, – сказал в своем заявлении старший автор исследования Дэвид Кэтлинг, профессор наук о Земле и космосе Вашингтонского университета. “И наш ответ вселяет надежду: такая среда должна была возникнуть на ранней Земле и, возможно, на других планетах, потому что это всего лишь естественный результат того, как образуются поверхности планет и как работает химия воды”.
Содовые озера названы так из-за высокого содержания в них растворенного натрия и карбоната, который похож на растворенную пищевую соду. Это свойство они получили благодаря взаимодействию воды и вулканических пород под их поверхностью. Важно отметить, что в таких озерах также может содержаться большое количество растворенного фосфата.
В 2019 году другая работа из Университета Вашингтона показала, что содовые озера могли быть горячей точкой для возникновения ранней жизни. Объединив химические модели с лабораторными экспериментами, они показали, что природные процессы теоретически могут сконцентрировать в озере уровень фосфатов до 1 миллиона раз выше, чем обычно.
В новом исследовании ученые отправились на поиски потенциальных примеров подобных условий в природе. Это привело их к озеру Last Chance Lake (Последний Шанс) в Британской Колумбии, Канада.
Это озеро глубиной всего около 30 см, с различными мутными пятнами, отвечает всем требованиям, предъявляемым к содовым озерам. Оно расположено над вулканической породой (базальтом) и окружено сухой, ветреной атмосферой, которая поддерживает низкий уровень воды, что позволяет повысить концентрацию растворенных соединений.
Команда исследователей посетила озеро трижды в период с 2021 по 2022 год: они проводили наблюдения в начале зимы, когда озеро было покрыто льдом; в начале лета, когда дожди и таяние льда подняли уровень воды; и в конце лета, когда озеро почти высохло.
В большинстве озер растворенный фосфат быстро связывается с кальцием, образуя фосфат кальция – твердое вещество, из которого состоит эмаль наших зубов. Таким образом, фосфат удаляется из воды. Но в озере Последний Шанс кальций связывается с карбонатом и магнием, образуя доломит. Это означает, что фосфату не хватает партнера для связи, поэтому его концентрация повышается.
“Это исследование дополняет растущее число доказательств того, что испаряющиеся содовые озера являются средами, отвечающими требованиям химии происхождения жизни, накапливая ключевые ингредиенты в высоких концентрациях”, – сказал Кэтлинг.
В других озерах, таких как близлежащее озеро Goodenough Lake (Достаточно Хорошее), все свободные фосфаты обычно используются другими живыми организмами, например цианобактериями, но в Последнем Шансе содержание соли настолько высоко, что живых организмов, способных ее потреблять, практически нет. Это, по мнению команды, повышает его пригодность в качестве аналога безжизненной Земли.
“Новые результаты помогут исследователям происхождения жизни, которые либо воспроизводят эти реакции в лаборатории, либо ищут потенциально пригодные для жизни среды на других планетах”, – говорит Кэтлинг.
Исследование опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.
Читайте также: Жизнь, Вселенная и все остальное: почему 42 – это окончательный ответ?