Моделирование древних океанических гидротерм показало, как строительные блоки жизни образуются под давлением
Учёные из Лаборатории реактивного движения NASA смоделировали возможные условия на дне океана 4.5 миллиарда лет назад. Эксперимент, описанный в журнале Astrobiology, показал, что под высоким давлением смесь богатой водородом жидкости из древних гидротермальных источников и насыщенной CO2 морской воды могла реагировать с минералами с образованием органических молекул — строительных блоков жизни.
Это исследование закладывает основу для изучения океанических миров, таких как спутник Сатурна Энцелад и спутник Юпитера Европа, где под ледяной коркой могут существовать океаны и гидротермальная активность.
Под древним морем
Для симуляции условий на дне океана молодой Земли учёные объединили три ключевых компонента:
- Богатую водородом воду (как из гидротермальных источников).
- Морскую воду, обогащённую CO2 (как в древней атмосфере).
- Минералы, которые могли образоваться в той среде.
Основной сложностью было поддержание давления, как на глубине 0.6 мили (1 км) под поверхностью океана — примерно в 100 раз выше, чем атмосферное давление на уровне моря. Предыдущие эксперименты тестировали реакции в отдельных камерах высокого давления, но здесь учёные стремились воспроизвести физические свойства среды, включая смешение потоков жидкостей, что потребовало поддержания высокого давления в нескольких камерах.
Целью было выяснить, могли ли такие условия производить органические молекулы (содержащие атомы углерода в цепях или циклах вместе с другими атомами, чаще всего водородом), такие как аминокислоты.
Ключевая реакция
Простое присутствие углерода и водорода в океане не гарантирует образование органики — для этого требуется энергия. Более раннее исследование показало, что вода, проходящая через гидротермальные источники, могла образовывать сульфиды железа (FeSx). Эти минералы могут действовать как катализатор, снижая энергию, необходимую для реакции углерода и водорода, и повышая вероятность образования органических соединений.
Новый эксперимент подтвердил, что эта реакция вероятна в физических условиях вокруг древних источников. В результате команда получила формиат и следовые количества метана (CH4) — органические молекулы.
Значение для поиска жизни
На Земле природный метан в основном производится живыми организмами. Чтобы использовать метан как признак жизни на других планетах, учёные должны понимать все его возможные источники, включая абиогенные, подобные обнаруженному в этом эксперименте.
«Я думаю, действительно важно, что мы показали, что эти реакции протекают в присутствии таких физических факторов, как давление и поток», — сказала ведущий автор Лорен Уайт. — «Мы ещё далеки от демонстрации, что жизнь могла сформироваться в таких условиях. Но если кто-то захочет это доказать, нам нужно будет продемонстрировать осуществимость каждого шага процесса».
Исследование опирается на гипотезу о том, что жизнь на Земле могла зародиться на дне раннего океана, и образование органических молекул было бы ключевым шагом. Новая работа уникальна тем, что воссоздаёт именно физические условия этих сред.
Это исследование поможет интерпретировать данные будущих миссий, таких как Europa Clipper, которая будет изучать выбросы воды из подлёдного океана Европы, потенциально несущие информацию о гидротермальных процессах на его дне.