Жизнь на Земле зародилась где-то между 3,7 и 4,5 миллиардами лет назад, после того как метеориты приводнились и выщелачивали необходимые элементы в теплые маленькие пруды, говорят ученые из Университета Макмастера и Института Макса Планка в Германии. Их расчеты показывают, что влажные и сухие циклы соединили основные молекулярные строительные блоки богатого питательными веществами бульона прудов в самовоспроизводящиеся молекулы РНК, которые составили первый генетический код жизни на планете.
Исследователи основывают свои выводы на исчерпывающих исследованиях и расчетах, основанных на аспектах астрофизики, геологии, химии, биологии и других дисциплин. Хотя концепция «теплых маленьких прудов» существует со времен Дарвина, исследователи доказали ее правдоподобность с помощью многочисленных расчетов, основанных на фактах.
Ведущие авторы Бен К. Д. Пирс и Ральф Пудриц, оба из Института происхождения Макмастера и его факультета физики и астрономии, говорят, что имеющиеся данные свидетельствуют о том, что жизнь зародилась, когда Земля еще только формировалась, когда континенты появлялись из океанов, метеориты забрасывали планету, включая те, что несли строительные блоки жизни - и никакого защитного озона, фильтрующего солнечные ультрафиолетовые лучи.
«На самом деле никто раньше не выполнял вычисления, - говорит Пирс. «Это довольно большое начало. Это довольно захватывающе».
«Поскольку существует так много входных данных из самых разных областей, просто удивительно, что все это связано друг с другом», - говорит Пудриц. «Каждый шаг очень естественно вел к следующему. То, что все они привели к четкой картине в конце, говорит о том, что в этом есть что-то правильное."
Их работа с соавторами Дмитрием Семеновым и Томасом Хеннингом из Института астрономии Макса Планка была опубликована сегодня в Proceedings of the National Academy of Science.
Чтобы понять происхождение жизни, нам нужно понять Землю такой, какой она была миллиарды лет назад. Как показывает наше исследование, астрономия дает жизненно важную часть ответа. Детали того, как сформировалась наша Солнечная система имеют прямые последствия для возникновения жизни на Земле», - говорит Томас Хеннинг из Института астрономии Макса Планка и еще один соавтор.
Искрой жизни, по словам авторов, стало создание РНК-полимеров: основных компонентов нуклеотидов, доставленных метеоритами, достигающих достаточной концентрации в прудовой воде и связывающихся друг с другом по мере того, как уровень воды падал и поднимался во время циклов осадков., испарение и дренаж. В документе говорится, что для склеивания было необходимо сочетание влажных и сухих условий.
В некоторых случаях, считают исследователи, при благоприятных условиях некоторые из этих цепей складывались и спонтанно реплицировались, вытягивая другие нуклеотиды из своего окружения, выполняя одно условие для определения жизни. Эти полимеры были несовершенными, способными улучшаться в ходе дарвиновской эволюции, выполняя другое условие.
«Это Святой Грааль экспериментальной химии происхождения жизни», - говорит Пирс.
Эта рудиментарная форма жизни привела к возможному развитию ДНК, генетической модели высших форм жизни, которые развились намного позже. Мир был бы населен только жизнью на основе РНК, пока не развилась ДНК.
«ДНК слишком сложна, чтобы быть первым аспектом жизни», - говорит Пудриц. «Это должно было начаться с чего-то другого, и это была РНК».
Расчеты исследователей показывают, что необходимые условия существовали в тысячах прудов, и что ключевые комбинации для формирования жизни с гораздо большей вероятностью сложились в таких прудах, чем в гидротермальных жерлах, где ведущие конкурирующая теория утверждает, что жизнь зародилась в бурлящих трещинах на дне океана, где элементы жизни собрались воедино в потоках нагретой воды. Авторы новой статьи говорят, что такие условия вряд ли зародят жизнь, поскольку связывание, необходимое для образования РНК, требует как влажных, так и сухих циклов.
Расчеты также исключают космическую пыль как источник нуклеотидов, создающих жизнь. Исследователи установили, что хотя такая пыль действительно содержала нужные материалы, она не откладывала их в концентрации, достаточной для зарождения жизни. В то время, на заре существования Солнечной системы, метеориты были гораздо более распространены и могли упасть в тысячи прудов, неся строительные блоки жизни. Пирс и Пудриц планируют проверить теорию в следующем году, когда Макмастер откроет свою лабораторию «Происхождение жизни», которая воссоздаст условия до начала жизни в закрытой среде.
«Мы очень рады, что можем составить теоретическую статью, которая объединяет все эти темы, делает четкие прогнозы и предлагает четкие идеи, которые мы можем использовать в лаборатории», - говорит Пудриц..