Жизнь появилась раньше, чем Земля?

Наша планета возникла примерно через 9,2 миллиарда после рождения Вселенной, и еще 4 миллиарда лет потребовалось для возникновения сложной жизни на ней. Могла ли жизнь возникнуть до появления Земли?

Молекулы в космосе

Сегодня мы имеем представление о том, как Вселенная стала такой, какой мы наблюдаем ее сейчас, от момента Большого Взрыва до огромного пространства, заполненного галактиками, звездами и планетами. Солнцу и Земле, потребовалось около 2/3 от общей космической истории для того, чтобы появиться на этих просторах. Самые ранние свидетельства существования жизни, обнаруженные на Земле, датируются возрастом в 4-4.4 млрд. лет, то есть весьма вероятно, что возникла она всего лишь через 100 миллионов лет после рождения планеты. Могла ли жизнь на нашей Земле возникнуть за столь короткий срок, или же ее появлению предшествовала эволюция в другом мире? И если это так, насколько широко распространена жизнь во Вселенной?

Через какое время после Большого Взрыва появилось достаточно тяжелых элементов для формирования планет и, возможно, появления жизни?
Даже ограничиваясь тем типом жизни, который мы признаем «похожим на наш», ответ на этот вопрос уводит нас дальше, чем мы можем себе представить.

первая жизнь
Графитовые отложения, найденные в кристалле циркона, являются одними из самых древних доказательств существования жизни на Земле. Эти отложения и значения углерода-12, которые они имеют во включениях, датируют первую жизнь на Земле более чем в 4 миллиарда лет назад. (EA Bell et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2015)

После Большого Взрыва не было звезд и галактик, не было даже атомов. Требовалось время, чтобы они сформировались. Новорожденная Вселенная содержала гигантское количество материи, антиматерии и излучения, и выглядела как достаточно однообразное место. Самые плотные ее области были, возможно всего лишь на 0,003% плотнее, чем в плотность вещества, заполняющего пространство в среднем. Это означает, что для создания тела вроде планеты потребовалось огромное количество гравитационной энергии, что соответствует величинам, которые примерно в 1030 раз больше, чем средняя плотность Вселенной. Но Вселенная никуда не торопится, и у нее было столько времени, сколько нужно, чтобы произошло все, что произошло.В первую секунду после Большого Взрыва, или близко к этому, антиматерия полностью уничтожила большую часть материи, оставив лишь небольшое количество протонов, нейтронов и электронов среди колоссального количества нейтрино и фотонов. Через 3-4 минуты протоны и нейтроны образовали стабильные атомные ядра, но они почти все являлись изотопами водорода и гелия. И только тогда, когда Вселенная охладилась ниже определенного порога, что заняло приблизительно 380 000 лет, электроны связались с этими ядрами, образовав нейтральные атомы. На этом этапе жизнь – и даже существование скалистых планет было еще невозможно. Атомы водорода и гелия просто не могли бы этого сделать.

Гравитация родила звезды

Но гравитационное сжатие – это реальность, и, учитывая достаточно количество имеющегося времени, в итоге оно изменит Вселенную. Хотя сначала это происходит чрезвычайно медленно, процесс неумолим и в итоге даст знать о себе. Чем плотнее будет становиться любая область пространства, тем быстрее она будет уплотняться. Регионы, которые возникли с наибольшей избыточностью материи, стали расти быстрее всех. Компьютерное моделирование этого процесса показывает, что самые первые звезды должны были образоваться в период примерно 50-100 миллионов лет после Большого взрыва. Эти звезды должны были состоять исключительно из водорода и гелия и способны были расти до очень больших масс: сотен или, может быть, тысяч масс нашего Солнца. Существовали первые звезды относительно недолго, всего лишь один или два миллиона лет.
Однако значение того, что происходило, когда эти звезды умирали, необычайно важно. Из-за того, как именно эти звезды жили. Все звезды пережигают водород в гелий в своих недрах в реакциях термоядерного синтеза, но самые массивные при этом производят из гелия углерод, затем из углерода получается кислород, кислород дает жизнь неону, магнию, кремнию, сере, а затем все выше и выше по периодической таблице до тех пор, пока не возникнет железо, никель и кобальт. После этих элементов реакция термоядерного синтеза становится энергетически невыгодной, и ядро звезды ​​разрушается, вызывая взрыв сверхновой. Эти взрывы, в процессе которых происходит синтез элементов тяжелее железа, выбрасывают огромное количество тяжелых элементов во Вселенную, питая новые поколения звезд и обогащая межзвездную среду. Тяжелые элементы, включая ингредиенты, которые нужны для формирования скалистых планет и органических молекул, теперь заполняют будущие галактики.

Атомы могут связываться с образованием молекул, включая органические молекулы в межзвездном пространстве, а также на планетах. После того, как во Вселенной будут доступны соответствующие типы тяжелых элементов, образование этих «семян жизни» неизбежно. (Дженни Моттар)

Чем больше звезд будут существовать, гореть и умирать, тем больше будет обогащаться следующее поколение звезд. Большие количества тяжелых элементов означают наличие большего количества скалистых планет большой плотности, большее количество элементов, необходимых для появления жизни, и большей вероятности возникновения сложных органических молекул. Совсем не обязательно, чтобы среднестатистическое место во Вселенной выглядело как наша Солнечная система; достаточно того, чтобы несколько поколений звезд жили и умирали в самых плотных областях пространства, сумев создать условия для возникновения скалистых планет и органических молекул.

Углерод как основа жизни

Когда Вселенная имела возраст один миллиард лет она накопила огромное количество углерода. Столько, сколько имеет сейчас наша Солнечная система. Другие тяжелые элементы появляются в изобилии еще быстрее. Синтез углерода, возможно, занимает больше времени, чтобы достичь таких значений, потому что он в основном производится в звездах, которые не становятся сверхновыми. (А многие сверхновые произведут фосфор; в противовес недавнему сообщению, обосновывающему его отсутствие.) Поэтому весьма вероятно, что через несколько сотен миллионов лет после того, как загорелись первые звезды, когда Вселенной было 300 – 500 миллионов лет – уже существовали скалистые планеты, обогащенные тяжелыми элементами.

Если не учитывать потребность жизни в углероде, вероятно, уже тогда существовали области пространства, которые могли бы начать процессы зарождения жизни. Но углерода для жизни, такой как наша, было все еще мало, и это означает, что нам нужно подождать еще немного, чтобы получить хорошую вероятность для ее появления. Хотя атомы углерода будут присутствовать уже в достаточно большом количестве, вероятно, потребуется подождать еще 1-1,5 миллиарда лет, пока возраст Вселенной не составит около 10% нынешнего. Довольно интересно, что Вселенная тогда уже сформировала планеты и имела все ингредиенты в правильном сочетании для возникновения жизни, кроме углерода.

Возраст первых молекул ДНК

Существует интересное исследование: если экстраполировать самые передовые формы жизни, которые существовали на Земле в разные периоды истории нашей планеты, можно обнаружить, что их геномы имеют сложность, возрастающую с определенной тенденцией.  Если перейти к одиночным базовым парам, то получается, что жизнь возникла 9-10 миллиардов лет назад. Является ли это свидетельством того, что жизнь, которую мы видим на Земле, появилась задолго до того, как Земля стала ей обладать?

Эволюция жизни
На этом логарифмическом графике изменения сложности организмов, измеренные по длине функциональной ненасыщенности ДНК на один геном, подсчитанной по паре нуклеотидных оснований (bp), линейно возрастают со временем. Время отсчитывается назад за миллиарды лет до настоящего времени (время 0). (Широв и Гордон (2013)

На данный момент мы этого не знаем. Но в то же время мы также не знаем, где находится грань между жизнью и неживой материей. Мы также не знаем, получила ли начало жизнь здесь, на Земле, или на более ранней планете, или может она началась в глубине межзвездного пространства, вообще без планеты.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: