Около 3,8 млрд лет назад Земля изобиловала одноклеточной жизнью, хотя всего за каких-то 700 млн лет до этого представляла собой не более чем кусок дымящегося камня. Этот промежуток не даёт учёным покоя.
Группа геологов из Стэнфордского университета (США) предложила очередную гипотезу зарождения жизни на Земле. Исследователи пришли к выводу, что это произошло на поверхности подводных серпентинитовых скал. Поскольку подходящие условия существовали лишь нескольких миллионов лет, можно вычислить относительно точную дату появления первых организмов.
Микрофотография шлифа серпентинитовой породы (здесь и ниже фото авторов работы).
Учёных интересовали глубоководные месторождения серпентинита, которые служат выхлопной трубой для «белых курильщиков» — гидротермальных источников. Щелочные жидкости взаимодействуют в них с более кислой морской водой. В результате реакции в породе могут образовываться микроскопические «поры». Такой пористый камень действует как процеживатель по отношению к жидкости, выбрасываемой «белым курильщиком», концентрируя растворённые вещества внутри крошечного пространства. Если верна гипотеза о том, что нуклеиновые кислоты, входящие в состав РНК, возникли в такой жидкости, этот процесс повышает вероятность спонтанного формирования полной нити РНК. Крошечные поры могли бы даже позволить получившимся организмам обходиться без клеточных мембран: порода определяла бы их форму и защищала.
Разница между pH жидкости «белого курильщика» и морской воды могла бы стать важным источником энергии для ранних организмов. Когда морская вода окисляет серпентинит, образуется водород. Микробы могли бы осуществлять реакцию водорода с углекислым газом с образованием метана или ацетата: и тот и другой способны служить источником химической энергии.
Такая модель происхождения жизни возможна только в очень специфических условиях. Одновременно должны были существовать серпентинит, прохладный климат и кислый океан.
Серпентинит, скорее всего, в то время уже был. К сожалению, геологическая летопись начинается только около 3,8 млрд лет назад, из-за чего невозможно говорить об этом наверняка.
Через несколько сотен лет после образования Земля остыла до 120 ˚C — нормальная температура для некоторых микроорганизмов.
Самая большая трудность — кислый океан. Чтобы pH-градиент между гидротермальным источником и морской водой был достаточно большим для извлечения из него энергии, океан должен быть в 100 раз более кислым, чем сейчас. В условиях относительно прохладной Земли такой океан существовал лишь несколько миллионов лет, пока атмосфера планеты оставалась насыщенной углекислым газом. Основная часть газа была в конечном счете захвачена земной мантией в результате погружения континентальных плит.
Доказать гипотезу будет трудновато. Следует найти следы существования в глубокой древности «белых курильщиков». Кроме того, биологи ищут современную версию микробов, живущих в камне и не обладающих мембраной.
Обнажение серпентинита в супракрустальной толще Исуа на западной окраине Гренландского ледникового щита. Исследователи подозревают, что под ним находится древнейшее месторождение серпентинита на Земле, но это ещё предстоит доказать.
Результаты исследования опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.
Подготовлено по материалам Стэнфордского университета.
