В течение трех лет Тара Джокич, доктор философии. студент Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее исследовал неприступный ландшафт региона Пилбара в Западной Австралии в поисках ключей к разгадке того, как древние микробы могли образовать обильные строматолиты, обнаруженные там в 1970-х годах.
Строматолиты представляют собой круглые многослойные минеральные структуры размером от мяча для гольфа до метеозонда и представляют собой древнейшее свидетельство того, что 3,5 миллиарда лет назад на Земле существовали живые организмы.
Ученые, считавшие, что жизнь зародилась в океане, думали, что эти минеральные образования образовались на мелководье, соленой морской воде, точно так же, как живые строматолиты в районе залива Шарк, включенном в список Всемирного наследия, который находится в двух днях езды от Пилбары..
Но то, что Джокич обнаружил среди удушающей жары и кроваво-красных скал региона, было свидетельством того, что строматолиты образовались не в соленой воде, а в условиях, более похожих на горячие источники Йеллоустона.
Открытие отодвинуло время появления микробной жизни на суше на 580 миллионов лет, а также укрепило гипотезу, меняющую парадигму, выдвинутую астробиологами Калифорнийского университета в Санта-Круз Дэвидом Димером и Брюсом Дамером: жизнь началась не в море, а на суше.
Открытие Джокича - вместе с исследованиями, проведенными командой Калифорнийского университета в Санта-Круз, Джокичем и Мартином Ван Кранендонком, директором Австралийского центра астробиологии - описано в восьмистраничной статье на обложке августовского номера журнала Scientific. Американский.
«Она (Джокич) показала, что самые старые окаменелости, свидетельствующие о жизни, были в пресной воде», - сказал Димер, долговязый 78-летний мужчина, который исследовал регион с Джокичем, Дамером и Ван Кранендонком в 2015 году., «Это логическое продолжение жизни, зародившейся в пресноводной среде».
Модель жизни, зародившейся на суше, а не в море, может не только изменить наше представление о происхождении жизни и о том, где еще она может быть, но даже изменить то, как мы относимся к самим себе.
Правильные условия для жизни
В течение четырех десятилетий, с тех пор как исследовательское судно «Элвин» обнаружило глубоководные гидротермальные жерла, которые были средой обитания для специализированных бактерий и червей, которые выглядели как что-то из научно-фантастического романа, ученые предполагали, что эти минералы и газы -прокачка вентиляционных отверстий была именно тем, что было необходимо для зарождения жизни.
Но Димер, который описывает себя как ученого, который любит играть с новыми идеями, считает, что теория имеет недостатки. Например, молекулы, необходимые для зарождения жизни, слишком быстро растворятся в огромном океане, думал он, а соленая морская вода будет препятствовать некоторым процессам, которые, как он знал, необходимы для зарождения жизни.
Димер посвятил раннюю часть своей карьеры изучению биофизики мембран, состоящих из мылоподобных молекул, образующих микроскопические границы всех живых клеток. Позже, получив кусок метеорита Мерчисон, упавшего в Австралии в 1969 году, Димер обнаружил, что космический камень также содержит мылоподобные молекулы возрастом почти 5 миллиардов лет, которые могут образовывать устойчивые мембраны. Еще позже он продемонстрировал, что мембраны помогают маленьким молекулам соединяться вместе, образуя более длинные молекулы, несущие информацию, называемые полимерами..
Путешествуя к вулканам из России в Исландию и прогуливаясь по пустыне Пилбара, Димер и его коллеги наблюдали за вулканической активностью, что натолкнуло на мысль о том, что горячие источники обеспечивают подходящую среду для зарождения жизни. Димер даже построил машину, имитирующую тепло, кислотность и влажно-сухие циклы горячих источников, и установил ее в своей лаборатории в кампусе Калифорнийского университета в Санта-Круз.
«Я думаю, время от времени нужно быть достаточно смелым и смелым, чтобы пробовать новые идеи», - сказал Димер. «Конечно, некоторые из моих коллег считают даже «достаточно глупым». Но это ваш шанс."
Переосмысление временной шкалы
В видении Димера древняя Земля состояла из огромного океана, испещренного вулканическими массивами суши. Дождь будет падать на землю, создавая бассейны с пресной водой, которые будут нагреваться за счет геотермальной энергии, а затем охлаждаться стоками. Некоторые из ключевых строительных блоков жизни, созданных во время формирования нашей Солнечной системы, должны были упасть на Землю и собраться в этих бассейнах, став достаточно концентрированными, чтобы образовать более сложные органические соединения.
Крылья бассейнов проходили через периоды намокания и высыхания, когда уровень воды поднимался и опускался. В эти периоды влажности и засухи липидные мембраны сначала помогали сшивать органические соединения, называемые полимерами, а затем образовывали компартменты, инкапсулирующие различные наборы этих полимеров. Мембраны будут действовать как инкубаторы для функций жизни.
Димер и его команда считают, что первая жизнь возникла в результате естественного производства огромного количества таких покрытых мембраной «протоклеток».
В то время как до сих пор ведутся споры о том, зародилась ли жизнь на суше или в море, открытие окаменелостей древних микробов в таком месте, как Пилбара, показывает, что эти геотермальные районы полны энергии и богаты минералами, необходимыми для жизни. - заселили живые микроорганизмы гораздо раньше, чем предполагалось.
Поиск жизни на других планетах
По словам Димера и его коллег, это открытие и их модель происхождения горячих источников также имеют значение для поиска жизни на других планетах. Если жизнь зародилась на суше, то Марс, у которого было обнаружено число 3. Залежи горячих источников возрастом 65 миллиардов лет, подобные найденным в районе Пилбара в Австралии, могут быть хорошим местом для поиска.
Для Дамера новая «сквозная гипотеза» о том, как жизнь зародилась на суше, предлагает кое-что еще: происхождение жизни было не просто историей отдельных конкурирующих клеток. Скорее правдоподобным новым видением начала жизни могла бы быть общая единица протоклеток, которая выжила и развилась благодаря сотрудничеству и обмену инновациями, а не жесткой конкуренции.
«Это, - сказал он, - фундаментальный сдвиг, который может повлиять на то, как мы думаем о нашем мире, о себе и о своем будущем: зависит как от сотрудничества, так и от конкуренции».
Сидя в своем кабинете на четвертом этаже кампуса, Димер улыбался, вспоминая письмо Чарльза Дарвина, написанное другу в 1871 году, в котором говорилось, что жизнь могла начаться в «каком-то теплом маленьком пруду».
Это недалеко от истины, сказал Димер, «за исключением того, что мы называем наши «горячие маленькие лужи».