4 миллиарда лет назад наша Земля представляла собой мёртвый и враждебный мир. Однако на дне океанов происходили очень интересные химические реакции, которые позволили в итоге сформировать первые строительные блоки живых клеток.
Давайте узнаем сегодня, что происходило в глубинах древнего гигантского океана. Для этого нам придётся нырнуть. Глубоко. Туда, куда никогда не проникает солнечный свет.
Именно там, в абсолютной темноте, вдали от волн и взаимодействия с атмосферой, происходили химические реакции, которые дадут возможность появиться самым первым живым организмам.
Гидротермальные источники
На глубине трёх-пяти километров мы сможем обнаружить удивительные природные конструкции, состоящие из различных минералов.
Эти извилистые «трубы», возвышающиеся порой на несколько десятков метров над дном, которые извергают горячую жидкость, серьёзно меняющую прозрачность воды. Через эти адские отверстия Земля выбрасывает своё внутреннее тепло.
Вода просачивается через многочисленные разломы и трещины в земной коре, нагревается в глубинах, и выбрасывается обратно с различным химическим составом, который меняется в зависимости от природы встречающихся пород.
При контакте с породами гидротермальные жидкости насыщаются металлическими элементами и становятся щелочными.
В этой жидкости с рН, близкой к 12, жизнь невозможна. Но океанская вода содержит кислоты, с которыми сталкивается вода из глубин Земли, и они реагируют с щелочами, за счёт чего гидротермальные источники и растут. Из-за осаждения оксидов металлов.
Создание первых основных «кирпичей»
Когда перегретый гидротермальный флюид выходит из жерл гидротермальных источников, он вступает в контакт с холодной кислой морской водой, богатой CO2. И в этот момент происходит элементарная химическая реакция, совершенно необходимая для жизни.
H2 и CO2 вступают в реакцию с образованием метана (CH4) и других углеводородов.
Метан. Это одно из главных органических соединений, которое сегодня на Земле является маркёром жизни. Но 4 миллиарда лет назад это было не так. Весь метан на Земле имел тогда абиотическое происхождение.
Итак, благодаря геохимическим реакциям возникает основа для метаболических реакций, которые и создают строительные блоки жизни.
Но этого недостаточно. Чего-то не хватает. То, без чего жизнь, это не жизнь: энергия.
Ключевой вопрос энергетики
Вы же прекрасно понимаете, мои дорогие друзья, что недостаточно положить в какую-то ёмкость масло, муку, яйца и сахар и получить торг. Нет, конечно же. Всё это нужно ещё и перемешать (шутка).
Важнейший элемент, который превратит эту смесь во что-то съедобное, — это духовка, которая способна нагревать ингредиенты торта до высокой температуры.
Вопрос энергии – это то, что когда-то подорвало идею «первичного бульона», давно известной гипотезы, согласно которой жизнь возникла в океанах из присутствующих элементов и маленькой искры, принесённой молнией или лучами Солнца.
Однако сегодня установлено, что такого количества энергии было бы явно недостаточно для строительства первых клеток.
Согласно недавним исследованиям, гипотеза «первичного бульона» несостоятельна, поскольку она не включает механизм, позволяющий иметь устойчивый и достаточный источник энергии.
Как бы это странно не звучало, враждебная для жизни среда, которая была на поверхности Земли в самые древние времена, на самом деле одновременно была очень благоприятной для появления живых существ.
Но давайте вернёмся к нашим источникам. Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что процесс имеет… атомарный уровень!
Химический дисбаланс в зарождении жизни
Всё самое главное для появления жизни происходит на уровне электронов и протонов. Именно внутри минералов, образующих большие гидротермальные источники, происходит главное явление жизни. Которое, кстати, происходит и сейчас в клетках нашего организма.
Пористая минеральная стенка источника разделяет две жидкости очень разного состава: с одной стороны – щелочную гидротермальную жидкость, с другой – кислую морскую воду. На уровне этой минеральной «мембраны» существует состояние сильного химического дисбаланса. И именно из этого дисбаланса зародится жизнь.
Поскольку природа всегда стремится к равновесию, такое положение дел приводит к тому, что, в частности, ионы H+ начнут пробираться «изо всех сил» через пористую минеральную мембрану. Это процесс, который высвобождает энергию.
Стенки гидротермального источника становятся «реактором», где начинают создаваться первые элементарные кирпичики на поверхности определённых минералов, которые будут служить катализатором многих химических реакций.
Эти реакции создадут многочисленные молекулы органических веществ, таких как аминокислоты и сложные углеводороды. Из них, в свою очередь, здесь же, с использованием местной энергии, образуются и более сложные органические молекулы, такие как рибонуклеиновая кислота.
Знаменитая РНК. Это начало пути. Синтез РНК возле гидротермального источника – дело нечастное. И даже очень. Но природе спешить некуда. Она никогда не останавливается.
Стабильность среды, обеспечивающая постоянный запас энергии, приводит к тому, что образовывается большое количество органических молекул, которые будут объединяться между собой в самых разных комбинациях до тех пор, пока не появился та, которая будет уметь самовоспроизводиться.
Так появляется жизнь….
Всем добра.
