До того, как была жизнь, какой мы ее знаем, были молекулы. Но множество шагов, ведущих к этому переходу, остается одной из любимых загадок науки.
Новые исследования показывают, что строительные блоки жизни - пребиотические молекулы - могут образовываться в атмосферах планет, где пыль обеспечивает безопасную платформу для образования, а различные реакции с окружающей плазмой дают достаточно энергии, необходимой для создания жизни.
«Если формирование жизни похоже на головоломку - очень большую и сложную головоломку, - мне нравится представлять молекулы пребиотика в качестве отдельных частей головоломки», - сказал профессор Сент-Эндрюс доктор Крейг Старк. «Соединяя части, вы формируете более сложные биологические структуры, создавая более четкую, более узнаваемую картину. И когда все кусочки на месте, получающаяся картина - жизнь ».
В настоящее время мы думаем, что пребиотические молекулы образуются на крошечных зернах льда в межзвездном пространстве. Хотя может показаться, что это противоречит общепризнанному убеждению, что жизнь в космосе невозможна, поверхность зерна фактически обеспечивает приятную гостеприимную среду для формирования жизни, поскольку она защищает молекулы от вредного космического излучения.
«Молекулы образуются на поверхности пыли в результате адсорбции атомов и молекул из окружающего газа», - сказал Старк Space Magazine. «Если имеются подходящие ингредиенты для производства определенного молекулярного соединения и условия являются правильными, вы в деле».
По «условиям» Старк намекает на второй необходимый компонент: энергию. Простые молекулы, которые населяют галактику, относительно стабильны; без невероятного количества энергии они не сформируют новые связи. Считалось, что жизнь может сформироваться в результате ударов молнии и извержений вулканов по этой самой причине.
Поэтому Старк и его коллеги обратили свой взор на атмосферу экзопланет, где пыль погружена в плазму, полную положительных ионов и отрицательных электронов. Здесь электростатические взаимодействия частиц пыли с плазмой могут обеспечить высокую энергию, необходимую для образования пребиотических соединений.
В плазме пылевое зерно быстро впитывает свободные электроны, становясь отрицательно заряженным. Это потому, что электроны легче и, следовательно, быстрее, чем положительные ионы. Как только зерно пыли будет заряжено отрицательно, оно будет притягивать поток положительных ионов, которые будут ускоряться к частице пыли и сталкиваться с большей энергией, чем они были бы в нейтральной среде.
Чтобы проверить это, авторы изучили пример атмосферы, которая позволила им изучить различные процессы, которые могут превратить ионизированный газ в плазму, а также определить, приведет ли плазма к достаточно энергичным реакциям.
«В качестве доказательства принципа мы рассмотрели последовательность химических реакций, которые приводят к образованию простейшей аминокислоты глицина», - сказал Старк. Аминокислоты являются отличными примерами пребиотических молекул, потому что они необходимы для образования белков, пептидов и ферментов.
Их модели показали, что «ионы плазмы действительно могут быть ускорены до достаточных энергий, которые превышают энергии активации для образования формальдегида, аммиака, цианистого водорода и, в конечном итоге, аминокислоты глицина», сказал Старк Space Magazine. «Возможно, это было бы невозможно, если бы плазма отсутствовала».
Авторы продемонстрировали, что при умеренных температурах в плазме энергии достаточно для образования пребиотической молекулы глицина. Более высокие температуры могут также позволить более сложные реакции и, следовательно, более сложные пребиотические молекулы.
Старк и его коллеги продемонстрировали жизнеспособный путь к образованию молекулы пребиотика и, следовательно, жизни в, казалось бы, распространенных условиях. В то время как происхождение жизни может оставаться одной из любимых загадок науки, мы продолжаем получать лучшее понимание, по одному кусочку головоломки за раз.
Статья была принята для публикации в журнале Astrobiology и доступна для скачивания здесь.
