Роль молний в обеспечении жизни азотом на ранней Земле оказалась недолгой
Новое исследование под руководством учёных из Центра наук об экзопланетах Университета Сент-Эндрюс показывает, что роль молний как основного источника биодоступного азота для жизни на ранней Земле, вероятно, была относительно кратковременной. Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.
Ключевой элемент и проблема доступности
Азот — ключевой элемент для происхождения и эволюции жизни. В атмосфере ранней Земли, как и сегодня, он в основном присутствовал в форме нереакционноспособных молекул N2, что ограничивало доступ организмов к этому ресурсу.
До появления микроорганизмов, способных фиксировать N2 (превращать его в биодоступные формы, например, аммоний), эту функцию выполняли энергетические процессы, такие как молнии.
Эксперименты с искровыми разрядами
Исследователи из Университета Сент-Эндрюс, Института космических исследований (IWF) Австрийской академии наук и Университета Брауна провели серию экспериментов. Они заполняли стеклянные колбы водой и различными газовыми смесями, имитирующими атмосферы современной и ранней Земли, а затем подвергали их электрическому разряду напряжением около 50 000 вольт.
После экспериментов в газе и воде были обнаружены повышенные концентрации оксида азота, нитритов и нитратов.
Патрик Барт, первый автор исследования: «Наши результаты показывают, что молнии могут эффективно производить оксиды азота в богатой CO2 атмосфере, которая, вероятно, существовала на ранней Земле. Это обеспечивает потенциальный источник питательных веществ для жизни того времени и на планетах вне нашей Солнечной системы».
Изотопное несоответствие с геологической летописью
Однако изотопный состав азота, полученный в экспериментах, не совпадает с составом, зафиксированным в горных породах ранней Земли. Это несоответствие указывает, что молнии не были основным источником азота по мере эволюции микробной жизни.
Результаты подтверждают, что микроорганизмы способны фиксировать атмосферный N2 уже более трёх миллиардов лет.
Исключение для самой ранней жизни
Исключением могут быть образцы пород из зелёно-каменного пояса Исуа в Гренландии возрастом около 3,8 млрд лет. Их изотопный состав потенциально можно объяснить вкладом азота от молний.
Доктор Ева Штюкен: «Это позволяет предположить, что молнии могли поддерживать самую раннюю жизнь на Земле. Теперь, когда мы установили изотопную подпись молнии, это может помочь исследовать происхождение залежей нитратов на Марсе».
Научная коммуникация
Чтобы донести значение открытий, команда сотрудничала с художниками, создав выставку, включающую видео о роли молний на экзопланетах. Исследование также вдохновило на написание научно-фантастического рассказа «Искра в колбе».