Як саме виникло життя на нашій планеті — питання, яке хвилює вчених не одне століття. З цього приводу висувають різні гіпотези: від креаціонізму до панспермії. Є серед них і версії про біохімічну еволюцію: під впливом електричного розряду виникли хімічні реакції, які могли призвести до синтезу неорганічних органічних молекул. Хіміки зі Стенфордського університету провели експеримент та отримали дані на підтримку цієї версії.
У 1952 році хімік Стенлі Міллер та фізик Гарольд Юрі зі США провели класичний експеримент, у якому моделювалися гіпотетичні умови раннього періоду розвитку Землі. Мета: перевірити можливості хімічної еволюції, саме дізнатися, чи могли органічні речовини виникнути з неорганічних під впливом електричного розряду. По суті, це була перевірка гіпотези, раніше висловленої радянським біологом Олександром Опаріним та британським популяризатором науки Джоном Холдейном. Дослідники припускали, що умови, що існували на примітивній Землі, сприяли хімічним реакціям, які могли призвести до синтезу неорганічних органічних молекул.
Міллер та Юрі створили замкнуту систему, що складається з кількох камер, з’єднаних між собою скляними трубками. Одну камеру заповнили водою (імітувала первинний океан), що нагрівалася, щоб створити пару. Другу наповнили газом, точніше сумішшю з метану (CH4), аміаку (NH3), водню (H2) і монооксиду вуглецю (CO), що, ймовірно, входили до складу атмосфери ранньої Землі. Після чого систему вводили електричні розряди (аналог блискавок). Ці розряди були джерелом енергії для хімічних реакцій між газом і парою.
Завдяки електричним розрядам розпочиналися хімічні реакції, під час яких із неорганічних молекул стали утворюватися органічні. Експеримент тривав більше тижня, внаслідок чого з’явилися амінокислоти — будівельні блоки життя. Гліцин виявився найпоширенішим з усіх амінокислот. Дослідники дійшли висновку, що потужні удари блискавок в атмосфері ранньої Землі могли запустити хімічні реакції, що призвели до синтезу органічних молекул. Однак пізніше результат експерименту Міллера-Юрі піддали критиці. Передбачається, що блискавки в період молодої Землі були надто рідкісним явищем, щоб забезпечити масове утворення органіки. Розрахунки показали, що навіть за активної грозової діяльності за мільйони років блискавки не змогли б створити достатньо органічних сполук для запуску життя.
Навіть якщо електричні розряди генерували органіку, її концентрація в океані була б незначною. В ті далекі часи океан займав більшу частину планети, і молекули, що потрапили у воду, швидко розсіювалися. Для утворення складних структур (на кшталт РНК чи білків) потрібна висока локальна концентрація речовин, що у гігантському резервуарі. Крім того, цілком імовірно, що хімічні реакції сповільнювалися через розбавлення. У лабораторії Міллер та Юрі використовували замкнуту систему, де відбувалося накопичення продуктів. У реальному океані сполуки могли руйнуватися під впливом ультрафіолету чи окислятися.
Команда американських хіміків і фізиків зі Стенфордського університету під керівництвом Річарда Зорі (Richard Zare) провела свій експеримент і запропонувала альтернативний механізм — замість гігантських блискавок досить крихітних іскор, що народжуються всередині звичайних водяних бризок. Вчені виявили, що при взаємодії найдрібніших крапель води в камері з газом з’являються мікроскопічні електричні розряди — «мікроблискавки». На думку авторів наукової роботи, такі крихітні спалахи могли синтезувати ключові органічні молекули без потужних електричних розрядів.
Зорі та його колеги розпорошили воду в камері з газовою сумішшю, що, ймовірно, повторює склад атмосфери ранньої Землі: азот, метан, вуглекислий газ та аміак. Жодних зовнішніх джерел енергії — лише взаємодія крапель між собою. Виявилося, що при розпиленні в камері краплі води набули різних зарядів: великі — позитивні, дрібні — негативні. Коли такі краплі стикалися чи зближалися, між ними проскакували мініатюрні електричні розряди. За допомогою високошвидкісних камер дослідникам вдалося зафіксувати спалахи світла тривалістю наносекунди.
Експеримент показав: потужності таких «мікромолній» достатньо, щоб запустити хімічні реакції, що призводять до утворення органічних молекул з вуглецевими зв’язками. Серед сполук, що утворилися, були ціановодень (попередник амінокислот, HCN), найпростіша амінокислота гліцин (C2H5NO2) і урацил (C4H4N2O2) — один з компонентів ДНК і РНК.
Відкриття команди Зорі дозволяє по-новому подивитись процес виникнення життя. Замість рідкісних та потужних електричних розрядів рання Земля могла бути насичена постійними дрібними електричними спалахами. Крихітні іскри у водоспадах, бризках хвиль та струменях пари могли стабільно синтезувати органічні молекули, створюючи сприятливе середовище для зародження життя.
Вчені зазначили, що такі процеси можуть відбуватися за схожих умов на інших тілах Сонячної системи. Наприклад, на крижаних супутниках Юпітера та Сатурна, де, ймовірно, є вода. Можливо, саме в бризках кріовулканів Енцеладу або у водяних шлейфах Європи вже зараз відбуваються ті ж реакції, що мільярди років тому могли вплинути на життя на нашій планеті.
Результати наукової роботи представлені в журналі Science Advances.
