В 1953 году Стэнли Миллер из Чикагского университета попытался воссоздать эти первобытные условия в лаборатории. Миллер заполнил закрытую камеру метаном, аммиаком, водой и молекулярным водородом — газами, которые, как считается, преобладали в ранней атмосфере Земли — и неоднократно зажигал электрическую искру, имитируя молнию. Через неделю Миллер и его научный руководитель Гарольд Юри проанализировали содержимое камеры и обнаружили, что образовалось 20 различных аминокислот.
Это было большим откровением. Из основных компонентов атмосферы ранней Земли можно синтезировать эти сложные органические молекулы
— Владимир Айрапетян, астрофизик из Центра космических полетов НАСА в Гринбелте и соавтор научной работы.
Последние 70 лет усложнили эту интерпретацию. Теперь ученые считают, что аммиака (NH3) и метана (CH4) было гораздо меньше; вместо этого воздух Земли был наполнен двуокисью углерода (CO2) и молекулярным азотом (N2), для разрушения которых требуется больше энергии. Эти газы все еще могут давать аминокислоты, но в значительно меньших количествах.
В поисках альтернативных источников энергии некоторые ученые указали на ударные волны от падающих метеоров. Другие ссылались на солнечное ультрафиолетовое излучение. Айрапетян, используя данные миссии НАСА «Кеплер», указал на новую идею: энергичные частицы нашего Солнца.
«Кеплер» наблюдал за далекими звездами на разных стадиях их жизненного цикла, но его данные дают намеки на прошлое нашего Солнца. В 2016 году Айрапетян опубликовал исследование, в котором предполагалось, что в течение первых 100 миллионов лет существования Земли Солнце было примерно на 30% тусклее. Но солнечные «супервспышки» — мощные извержения, которые мы сегодня наблюдаем только раз в 100 лет или около того, — происходили раз в 3-10 дней. Эти супервспышки запускают частицы с околосветовой скоростью, которые регулярно сталкиваются с нашей атмосферой, запуская химические реакции. Энергия молодого Солнца — 4 миллиарда лет назад — помогла создать молекулы в атмосфере Земли, которые позволили ей достаточно нагреться, чтобы зародилась жизнь.
Доктор Кобаяши, профессор химии, провел последние 30 лет, изучая химию пребиотиков. Он пытался понять, как галактические космические лучи — поступающие частицы из-за пределов нашей Солнечной системы — могли повлиять на атмосферу ранней Земли.
Айрапетян, Кобаяши и их сотрудники создали смесь газов, соответствующую атмосфере ранней Земли, как мы ее понимаем сегодня. Они объединили углекислый газ, молекулярный азот, воду и некоторое количество метана. (Доля метана в ранней атмосфере Земли неизвестна, но считается низкой.) Они стреляли в газовые смеси протонами (имитация солнечных частиц) или поджигали их искровыми разрядами (имитация молнии), воспроизводя эксперимент Миллера-Юри для сравнения.
Пока доля метана превышала 0,5%, смеси, обстрел протонами (солнечными частицами), производил определяемые количества аминокислот и карбоновых кислот. Но искровые разряды (молнии) требовали концентрации метана около 15%, прежде чем вообще образовались какие-либо аминокислоты.
И даже при 15% метана скорость производства аминокислот молнией в миллион раз меньше, чем протонами. Протоны также имеют тенденцию производить больше карбоновых кислот (предшественников аминокислот), чем те, которые зажигаются искровыми разрядами
— Владимир Айрапетян.
При прочих равных условиях солнечные частицы кажутся более эффективным источником энергии, чем молния. Но все остальное, вероятно, не было похожим, предположил Айрапетян. Миллер и Юри считали, что молния была столь же обычным явлением во времена «теплого маленького пруда», как и сегодня. Но молния, исходящая от грозовых облаков, образованных восходящим теплым воздухом, была бы на 30% более редкой при тусклом Солнце.
В холодных условиях у вас никогда не бывает молний, а ранняя Земля находилась под довольно слабым Солнцем. Это не говорит, что синтез аминокислот не мог произойти из-за молнии, но теперь молнии кажутся менее вероятными, а солнечные частицы — более
— Владимир Айрапетян.
Эксперименты показывают, что наше активное молодое Солнце могло стать катализатором предшественников жизни вероятнее и, возможно, раньше, чем мы считали до этого.
