Происхождение жизни на Земле

 

Вероятнее всего, жизнь возникла на Земле 4,1 миллиарда лет назад, вскоре после формирования планеты, это намного раньше прежних расчетов исследователей. Ранее предполагалось что жизнь на Земле сформировалась 3.83 миллиардов лет назад, новые данные позволили отодвинуть срок зарождения жизни на 270 миллионов лет, это всего на 440 миллионов лет позже формирования нашей планеты, которое завершилось 4.54 миллиардов лет назад. 

 

Если жизнь на Земле возникла относительно быстро, можно предположить что она в изобилии распространена во Вселенной, подытожили ученые. Они пришли в выводу что подземные микробы-экстремофилы, живущие в диапазоне температур от 79 до 110 градусов по Цельсию, процветали в эпоху поздней тяжелой бомбардировки (временной период от 4,1 до 3,8 млрд лет назад, в течение которого, как считается, сформировались многие кратеры на Луне и, предположительно, также на Земле, Меркурии, Венере и Марсе). Некоторые современные виды микроорганизмов на Земле, в том числе так называемые «невероятные жучки» (англ. - unboilable bugs), обнаружены в гидротермальных источниках в Йеллоустонском национальном парке, они процветают при температуре в 120 С. 

 

Компьютерное моделирование позволило исследователям изучить температуры нагрева отдельных кратеров образовавшихся после астероидных ударов, а также их последующее охлаждение, это позволило оценить пригодность планеты для обитаемости. Исследование показало что менее 25% земной коры расплавилось после подобного обстрела. Команда также смоделировала случаи десятикратного превышения интенсивности бомбардировки, событий при которых могли испарится все океаны Земли. 

 

«Даже в самых экстремальных условиях заданных нами, Земля не была полностью стерилизована из-за бомбардировки астероидами. Результаты исследования поддерживают идею о том, что микробная жизнь существует и на других планетах, таких как Марс, и возможно на других каменистых планетах в других солнечных системах, которые также были обстреляны в результате метеоритных ударов», сказал Олег Абрамов один из участников исследовательской группы. 

 

«Чем быстрее появилась жизнь на Земле, тем более разнообразны и экстремальны условия, в которых она может возникнуть и остаться устойчивой. Эти данные важны, поскольку они указывают на то, что жизнь началась задолго до поздней тяжелой бомбардировки, во время так называемого катархея, истории Земли от 3.8 до 4.5 млрд. лет назад», сказал соавтор исследования Марк Харрисон, геохимик из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе. 

 

Но как именно жизнь появилась на Земле? Ниже представлены некоторые научные теории о зарождении жизни: 

 

 

Вероятно жизнь началась не на Земле вообще, её привезли сюда из других мест во Вселенной, это понятие известно как панспермия. Например, Марс получил ряд астероидных ударов, в результате которых на Земле были найдены марсианские метеориты, это осколки марсианской поверхности улетевшие в космос вследствие данных ударов. Некоторые исследователи предположили что с этими метеоритами на Землю пришли первые микробы, что делает всех нас изначально потенциальными марсианами. Другие ученые предполагают что жизнь могла путешествовать автостопом по кометам из других звёздных систем. Тем не менее даже если всё так и было, это лишь отодвигает вопрос о том как зарождалась жизнь в других уголках космоса. 

 

 

Вместо того чтобы развиваться из сложных молекул, таких как РНК, жизнь могла начаться со взаимодействия более мелких молекул в ходе химический реакций и взаимодействия друг с другом. Они, возможно, содержались в простых капсулах подобных клеточным мембранам, и с течением времени замещались новыми более сложными молекулами, которые выполняли эти реакции лучше чем более мелкие молекулы, из которых они и могли эволюционировать. Данный сценарий получил название «первый метаболизм» как противоположность другим моделям «первого гена» и гипотезы «мира РНК». 

 

 

В настоящее время ДНК нуждается в белках своего для формирования и работы, а белки для своего образования требуют наличия ДНК, итак как же они могли сформироваться друг без друга? Ответ может содержатся в РНК, которая как и ДНК может хранить в себе информацию, а также служить ферментом как и белки, именно РНК помогло создать ДНК из белков. Позже ДНК заменили этот «мир РНК», потому что они были более эффективными молекулами. РНК до сих пор существует в организме и выполняет ряд важных функций, в том числе выступая в качестве переключателя некоторых генов. Вопрос остается в том как сформировались сами РНК. Некоторые ученые считают что молекула могла случайно возникнуть на Земле, другие считают это маловероятным. Также был предложен ряд других нуклеиновых кислот кроме РНК, таких экзотических как ПНК или ТНК. 

 

 

Лед покрывал океаны 3 млрд. лет назад, когда светимость Солнца была на треть меньше нынешней. Этот слой льда, возможно в сотни метров толщиной, защищал хрупкие органические соединения в воде от ультрафиолетового излучения и разрушения от разнообразных космических происшествий. Холод, возможно, помог этим органическим молекулам сохранится на большее время, тем самым позволив произойти ключевым химическим реакциям. 

 

 

Теория глубоководной вентиляции (англ. Deep-Sea Vents) позволяет предположить, что жизнь, возможно, началась в подводных гидротермальных жерлах, в «черных курильщиках», которые извергают богатые водородом молекулы. Их скалистые уголки могли быть местом сосредоточения этих молекул при условии наличия минералов, как катализаторов для необходимых химических реакций. Даже сейчас эти экосистемы богаты химической и тепловой энергией поддерживающей уникальные экосистемы. 

 

 

Первые молекулы жизни, возможно, появились на глине, так гласит гипотеза разработанная химиком-органиком Александром Грэмэм Кэрнс-Смитом из Университета Глазго в Шотландии. Подобные глиняные поверхности могли не только концентрировать органические соединения вместе, но также помогли организовать их в шаблоны, как сейчас это делают наши гены. 

 

Основная роль ДНК - хранение информации о расположении других молекул. Генетические последовательности в ДНК, по существу, инструкции как аминокислоты должны быть организованы в белки. Кэрнс-Смит предполагает, что минеральные кристаллы в глине могли уложить органические молекулы в организованные шаблоны. Через некоторое время органические молекулы взяли на себя эту работу по самоорганизации. 

 

 

Электрические искры могут генерировать аминокислоты и сахара из атмосферы с водой, метаном, аммиаком и водородом, как и было показано в знаменитом эксперименте Миллера-Юри, о котором стало известно в 1953 году. Он предположил, что молнии помогли создать ключевые блоки жизни на Земле в её раннюю историю. За миллионы лет могли сформироваться и более крупные и сложные молекулы. Хотя последние исследования выявили что ранняя атмосфера Земли была бедна водородом, ученые предполагают, что вулканические облака, в ранней атмосфере, могли содержать необходимое количество метана, аммиака и водорода, в этих облаках также могли сверкать молнии.