Миллиарды разрядов молний могли дать толчок развитию жизни на Земле
Как Земля получила фосфор, необходимый для создания первых молекул ДНК и РНК? Ответом может быть гром в небе.
Жизнь на Земле могла начаться со вспышки молнии. Нет, заблудшая молния буквально не оживила первых в мире микробов. Но согласно новому исследованию, опубликованному во вторник (16 марта) в журнале Nature Communications, триллионы ударов молний за миллиард лет ранней истории Земли, возможно, помогли открыть важные соединения фосфора, которые проложили путь для жизни на Земле.
"В нашем исследовании мы впервые показываем, что удары молнии, вероятно, были значительным источником реактивного фосфора на Земле примерно в то время, когда образовалась жизнь [3,5–4,5 миллиарда лет назад]", - сказал ведущий автор исследования Бенджамин Хесс, аспирант. на факультете наук о Земле и планетах Йельского университета. "Следовательно, удары молнии могли сыграть роль в обеспечении фосфором для возникновения жизни на Земле".
Как гром среди ясного неба ведет к земной жизни? Все дело в фосфоре - или, скорее, в органических материалах, которые атомы фосфора могут образовывать в сочетании с другими жизненно важными элементами.
Возьмем, к примеру, фосфаты - ионы, состоящие из трех атомов кислорода и одного атома фосфора, которые имеют решающее значение для всех известных форм жизни. Фосфаты образуют основу ДНК, РНК и АТФ (главный источник энергии для клеток) и являются основными компонентами костей, зубов и клеточных мембран.
Но около 4 миллиардов лет назад, хотя, вероятно, в атмосфере было много воды и углекислого газа, с которыми можно было работать, которые также необходимы для основных молекул жизни, большая часть естественного фосфора планеты была связана в нерастворимой породе, и ее невозможно было объединить. в органические фосфаты. Как же тогда Земля приобрела эти важные соединения?
Согласно одной теории, ранняя Земля получала фосфор от метеоров, несущих минерал под названием шрейберзит, который частично состоит из фосфора и растворим в воде; Согласно новому исследованию, если множество шрейберзитовых метеоритов упадут на Землю за миллионы или миллиарды лет, тогда в концентрированную область может быть выпущено достаточно фосфора, чтобы создать правильные условия для биологической жизни.
Однако примерно от 3,5 до 4,5 миллиардов лет назад, когда на Земле появилась жизнь, количество ударов метеоров по Земле упало "экспоненциально", поскольку большинство планет и лун нашей солнечной системы в значительной степени сформировались, сказал Хесс. Этот факт усложняет теорию межзвездного фосфора.
"Однако есть еще один способ сделать шрайберзит прямо здесь, на Земле", - сказал Хесс. "Все, что для этого нужно, - это немного земли, облако и несколько триллионов разрядов молний".
Удары молнии могут нагревать поверхности почти до 2760 градусов по Цельсию, создавая новые минералы, которых раньше не было. В новом исследовании Гесс и его коллеги изучили пораженный молнией кусок породы, называемый фульгуритом, который ранее был раскопан в Иллинойсе. Команда обнаружила, что маленькие шарики шрейберзита сформировались внутри породы вместе с множеством других стеклообразных минералов.
Имея предварительное доказательство того, что удары молнии могут создавать богатый фосфором шрейберзит, команда затем должна была вычислить, могли ли молнии поразить раннюю Землю, чтобы выбросить значительное количество элемента в окружающую среду. Используя модели ранней атмосферы Земли, исследователи подсчитали, сколько ударов молний могло падать на планету каждый год.
Сегодня около 560 миллионов разрядов молний сверкают над планетой в год; 4 миллиарда лет назад, когда атмосфера Земли была значительно богаче парниковым газом CO2 (и, следовательно, более горячей и более подверженной штормам), вероятно, что от 1 до 5 миллиардов болтов вспыхивали ежегодно, подсчитала команда. Команда подсчитала, что из этих болтов ежегодно от 100 миллионов до 1 миллиарда болтов ударяют по суше (остальные выпускаются над океанами).
По словам Гесса, за миллиард лет до квинтиллиона (1 с 18 нулями) ударов молний могло поразить нашу молодую планету, каждый из которых выделял немного полезного фосфора. Команда подсчитала, что между 4,5 и 3,5 миллиардами лет назад одни удары молнии могли дать Земле от 250 до 25 000 фунтов фосфора (от 110 до 11 000 кг) в год.
Это огромный диапазон, в который заложена большая неуверенность в условиях ранней Земли. Но Гесс сказал, что даже самое низкое количество фосфора могло иметь значение для возникновения жизни.
Ударяла ли молния на достаточно незащищенной земле на ранней Земле, чтобы повлиять на жизнь, - это вопрос, на который невозможно полностью ответить. Однако новое исследование показывает, что математически это было по крайней мере возможно.
Исследователи пришли к выводу, что комбинация ударов астероидов и ударов молнии в конечном итоге дала Земле фосфор, необходимый для создания первых биологических молекул, таких как ДНК и РНК. Но при дальнейших исследованиях ранней земной жизни следует позаботиться о том, чтобы не поразить молнию на летописи.
