Условия на ранней Земле могли стать достаточно стабильными для химии, связанной с зарождением жизни, около 4,33 миллиарда лет назад. Об этом говорится в новом исследовании под руководством старшего научного сотрудника Планетологического института (США) Олега Абрамова, опубликованном в научном журнале Nature Communications.
Ученые использовали трехмерную компьютерную модель, чтобы реконструировать, как удары астероидов, комет и планетезималей (фрагментов будущих планет) нагревали земную кору в период от 4,5 до 3,5 миллиарда лет назад. Результаты показывают, что частые события глобальной стерилизации продолжались примерно до 4,4 млрд лет назад. После этого возникли более стабильные среды, в которых могли выживать РНК и другие важные для жизни молекулы.
«Мы использовали иной подход, чем предыдущие исследования, основанные на геохимическом моделировании, биомолекулярном анализе и моделях ранней атмосферной химии. Мы построили модель ударной бомбардировки, ограниченную наблюдаемыми данными, такими как лунная кратерная летопись и содержание высокосидерофильных элементов в верхней мантии. Мы рассмотрели как вредные эффекты ударов, например температурную деградацию ключевых биомолекул, так и эффекты, благоприятные для жизни, такие как формирование гидротермальных систем», — уточнил Олег Абрамов.
По его словам, эти критерии указывают на то, что Земля стала пригодной для ранней стадии жизни в период между 4,4 и 4,3 млрд лет назад, а оптимальные условия сложились примерно 4,33 млрд лет назад.
Исследователей особенно интересовал «Мир РНК» — предполагаемая ранняя стадия истории жизни, предшествовавшая современной роли ДНК. РНК хранит генетическую информацию и может выполнять часть химической работы, необходимой для репликации, что делает ее главным кандидатом на роль ранней биологической системы. Однако для развития «Мира РНК» молекулам нужно время, чтобы сформироваться, оставаться стабильными и взаимодействовать. Ранняя Земля такой стабильности не давала: планета непрерывно подвергалась ударам астероидов, комет и оставшихся планетезималей, создававших непригодную для жизни среду. Новая модель описывает, что происходило по мере постепенного ослабления этой бомбардировки.
Абрамов и коллеги смоделировали, как удары нагревали земную кору на протяжении миллиарда лет, а затем сравнили эти температуры с пределами, при которых РНК и другие важные для жизни молекулы могут оставаться стабильными. Они также рассмотрели разные оценки количества материала, обрушившегося на Землю в этот период.
Симуляции показали сдвиг, начавшийся около 4,4 млрд лет назад. До этого область, остывшая достаточно для пребиотической химии, могла снова нагреться от более позднего удара. После примерно 4,4 млрд лет назад модель начинает показывать участки мелкой коры, которые, однажды остыв, больше никогда не нагревались выше температурного порога, использованного в исследовании.
Авторы называют такие области «никогда не стерилизованными» регионами. Они расширялись по мере ослабления бомбардировки и к 4,25 млрд лет назад составляли более половины смоделированного объема коры. По словам Олега Абрамова, пребиотической химии нужны непрерывно стабильные температуры, а не просто короткий прохладный интервал между ударами. «До примерно 4,4 млрд лет назад регион, остывший достаточно для пребиотической химии, мог снова нагреться от позднего удара, и отсчет начинался заново», — объяснил исследователь.
Однако удары не обязательно были только препятствием для развития «Мира РНК». После удара остается тепло. Вода, движущаяся через горячую раздробленную породу, может создавать гидротермальную систему — среду с водой, теплом и источниками химической энергии. Такие условия давно считаются возможным местом для химических реакций, предшествовавших жизни.
Это создает пересечение в ранней истории Земли, которое могло быть идеальным для зарождения жизни. К примерно 4,4 млрд лет назад удары стали реже стерилизовать планету глобально, но все еще создавали гидротермальные среды. Около 4,3 млрд лет назад симуляции показали, что взаимосвязанные группы гидротермальных систем, порожденных ударами, стали особенно многочисленными.
Команда выделила примерно 4,33 миллиарда лет назад как особенно благоприятную точку этого перехода: достаточно поздно, чтобы стабильные среды сохранялись, но достаточно рано, чтобы гидротермальная активность, вызванная ударами, оставалась широко распространенной.
Ранее ученые оспорили главную теорию возникновения жизни на Земле.