Воспроизведение происхождения жизни на океанском дне в лаборатории NASA

Ученые воспроизвели в лаборатории, как ингредиенты для жизни могли сформироваться в глубинах океана 4 миллиарда лет назад. Результаты нового исследования дают ключи к пониманию того, как жизнь зародилась на Земле и где еще во Вселенной мы можем ее найти.

Астробиолог Лори Бардж и ее команда из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене изучают происхождение жизни на Земле, чтобы научиться распознавать ее на других планетах. Их исследование сосредоточено на формировании "строительных блоков" жизни в гидротермальных источниках на океанском дне.

Чтобы воссоздать эти источники, команда сделала миниатюрные морские дна, заполнив химические стаканы смесями, имитирующими первичный океан Земли. Эти "океаны" в лаборатории служат инкубаторами для аминокислот — органических соединений, необходимых для известной нам жизни. Как кубики Lego, аминокислоты соединяются, образуя белки, из которых состоят все живые организмы.

"Понимание того, как далеко можно продвинуться, имея только органику и минералы, прежде чем получится настоящая клетка, очень важно для понимания, в каких типах сред жизнь могла возникнуть", — сказала Бардж, ведущий исследователь и первый автор нового исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Гидротермальные источники, находящиеся вокруг разломов в морском дне, — это места, где образуются естественные "дымовые трубы", выпускающие жидкость, нагретую под земной корой. Взаимодействие этих "труб" с морской водой создает среду в постоянном изменении, что необходимо для эволюции жизни. Эта темная, теплая среда, питаемая химической энергией Земли, может быть ключом к пониманию формирования жизни на других мирах в нашей Солнечной системе, вдали от тепла Солнца.

"Если эти гидротермальные источники есть на Земле, возможно, схожие реакции могут происходить и на других планетах", — сказала соавтор исследования Эрика Флорес.

В своих экспериментах Бардж и Флорес использовали ингредиенты, обычные для раннего океана Земли. Они смешали воду, минералы и "прекурсорные" молекулы пирувата и аммиака, необходимые для начала формирования аминокислот. Раствор нагрели до 158°F (70°C) — температуры, характерной для гидротермального источника, — и отрегулировали pH, имитируя щелочную среду. Кислород из смеси удалили, так как в раннем океане Земли его было очень мало. Команда также использовала минерал гидроксид железа(II), или "зеленую ржавчину", которая была в изобилии на ранней Земле.

"Зеленая ржавчина" прореагировала с небольшими количествами кислорода, которые команда ввела в раствор, в результате чего образовались аминокислота аланин и альфа-гидроксикислота лактат. Альфа-гидроксикислоты являются побочными продуктами реакций аминокислот, но некоторые ученые предполагают, что они тоже могут объединяться, образуя более сложные органические молекулы, ведущие к жизни.

"Мы показали, что в геологических условиях, схожих с условиями ранней Земли и, возможно, других планет, мы можем формировать аминокислоты и альфа-гидроксикислоты из простой реакции в мягких условиях, которые существовали бы на морском дне", — сказала Бардж.

Создание аминокислот и альфа-гидроксикислот в лаборатории стало кульминацией девяти лет исследований происхождения жизни. Это первое исследование, в котором команда наблюдала, как среда, очень похожая на гидротермальный источник, запускает органическую реакцию.

Эта работа важна для изучения миров в нашей Солнечной системе и за ее пределами, которые могут содержать пригодные для жизни среды. Например, на спутнике Юпитера Европе и спутнике Сатурна Энцеладе могут быть гидротермальные источники в океанах под ледяной корой. Понимание того, как жизнь может начаться в океане без солнечного света, поможет в разработке будущих исследовательских миссий.

Будущие миссии на Марс могут доставить образцы с его ржавой поверхности, которые могут содержать свидетельства образования аминокислот с помощью минералов железа и древней воды. Атмосферы экзопланет могут нести признаки жизни, которые можно будет обнаружить в будущем.

"У нас пока нет конкретных доказательств жизни в других местах, — сказала Бардж. — Но понимание условий, необходимых для происхождения жизни, может помочь сузить круг мест, где, по нашему мнению, жизнь может существовать".

Исследование было поддержано Институтом астробиологии NASA и командой JPL Icy Worlds.