«Микромолнии» в каплях воды могли стать причиной возникновения жизни на Земле
Автор: Unsplash/CC0 Public Domain
Жизнь могла зародиться не с мощного удара молнии в океан, а в результате множества небольших обменов «микромолниями» между каплями воды от падающих водопадов или разбивающихся волн.
Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что распыление воды в смеси газов, предположительно присутствовавших в ранней атмосфере Земли, может привести к образованию органических молекул со связями углерод-азот, включая урацил — один из компонентов ДНК и РНК.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances добавляет доказательства — и новый ракурс — к широко обсуждаемой гипотезе Миллера-Юри, которая утверждает, что жизнь на планете началась с удара молнии. Эта теория основана на эксперименте 1952 года, показывающем, что органические соединения могут образовываться при приложении электричества к смеси воды и неорганических газов.
В текущем исследовании ученые обнаружили, что распыленная вода, которая производит небольшие электрические заряды, может выполнять эту работу сама по себе, без необходимости в дополнительном электричестве.
Органи́ческие соедине́ния, органические вещества́ — класс химических веществ, объединяющий почти все химические соединения, в состав которых входят атомы углерода, связанные с атомами других химических элементов. Изучаются в органической химии, и на начальном этапе её развития к органическим относили только соединения углерода растительного и животного происхождения. В силу этих исторических причин ряд углеродсодержащих соединений традиционно не относят к органическим, а рассматривают как неорганические соединения — например, монооксид углерода, диоксид углерода, циановодород, сероуглерод, карбонилы металлов, карбонаты, цианиды, роданиды. Условно можно считать, что структурным прототипом органических соединений являются углеводороды. Википедия
Мощность и потенциал микромолний
Считается, что в течение пары миллиардов лет после своего образования на Земле существовало множество химических веществ, но практически не было органических молекул со связями углерод-азот, которые необходимы для белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла и других соединений, из которых сегодня состоят живые существа.
То, как появились эти биологические компоненты, долгое время озадачивало ученых, и эксперимент Миллера-Юри дал одно из возможных объяснений: молния, ударяющая в океан и взаимодействующая с газами ранней планеты, такими как метан, аммиак и водород, могла создать эти органические молекулы.
Критики этой теории отмечают, что молнии случаются слишком редко, а океан слишком велик и разбросан, чтобы это могло быть реальной причиной.
Заре, вместе с постдокторантами Ифань Мэн и Ю Ся, а также аспирантом Цзиньхэном Сюй, предлагают еще одну возможность в этом исследовании. Сначала команда исследовала, как капли воды развивают разные заряды при разделении распылением или всплеском.
Они обнаружили, что более крупные капли часто несли положительный заряд, а более мелкие — отрицательный. Когда противоположно заряженные капли сближались, между ними проскакивали искры. Заре называет это «микромолнией», поскольку этот процесс связан с тем, как энергия накапливается и разряжается в виде молнии в облаках. Исследователи использовали высокоскоростные камеры, чтобы задокументировать вспышки света, которые трудно обнаружить человеческим глазом.
Хотя крошечные вспышки микромолний трудно увидеть, они все равно несут в себе много энергии. Исследователи продемонстрировали эту силу, отправив брызги воды комнатной температуры в газовую смесь, содержащую азот, метан, углекислый газ и аммиак, которые, как считается, присутствовали на ранней Земле.
В результате образовались органические молекулы со связями углерод-азот, включая цианистый водород, аминокислоту глицин и урацил.
Исследователи утверждают, что эти результаты свидетельствуют о том, что не обязательно удары молний, а крошечные искры, образующиеся при падении волн или падении водопадов, стали толчком к зарождению жизни на этой планете.
«На ранней Земле повсюду были брызги воды — в расщелинах или на камнях, и они могли накапливаться и вызывать эту химическую реакцию», — сказал Заре. «Я думаю, это преодолевает многие проблемы, которые люди имеют с гипотезой Миллера-Юри».
Исследовательская группа Заре сосредоточена на изучении потенциальной силы небольших частиц воды, в том числе того, как водяной пар может способствовать производству аммиака, ключевого ингредиента удобрений, и как капли воды спонтанно производят перекись водорода.
«Обычно мы думаем, что вода безвредна, но когда она разделена на маленькие капельки, она становится очень реакционноспособной», — сказал он.
Больше информации: Yifan Meng et al, Spraying of Water Microdroplets Forms Luminescence and Causes Chemical Reactions in Surrounding Gas, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt8979. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt8979
Источник: Stanford University
0 комментариев