Жизнью мы обязаны Юпитеру: почему эта планета отметилась в ДНК каждого из нас?

Команда исследователей из университета Райса (США) только что переписала главную теорию о том, откуда в нашей планете взялись фосфор и азот. Это, если что, два обязательных ингредиента любой ДНК и любого белка. Еще совсем недавно считалось, что они прилетели на Землю с окраин Солнечной системы. Но оказалось, все было совсем иначе, и ключевую роль в этой истории сыграл Юпитер. Но как гигант, который находится за сотни миллионов километров, умудрился организовать появление жизни на нашей планете?

Опоздавшие «грузовики»

Долгие годы в науке господствовала следующая теория: углерод, водород, азот, фосфор и сера попали на Землю с углеродистыми хондритами. Так астрофизики называют темные каменные глыбы, которые появились на свет где-то на задворках Солнечной системы, далеко за поясом астероидов.



Версия, конечно, была красивой, но имела одну большую дыру во времени. Дело в том, что Солнечная система возникла 4,567 миллиарда лет назад. А углеродистые хондриты сформировались только через 2–4 миллиона лет после этого события. К этому времени молодая Земля уже собрала свою внутреннюю часть, и там уже были свои фосфор и азот. Получается, «грузовики» опоздали.

Следовательно, основные запасы кирпичиков должны были прибыть намного раньше. И они действительно прибыли. Речь идет о первых планетезималях — зародышах планет, которые слепились уже за первый миллион лет после рождения Солнца. Сейчас от них остались только железные метеориты.

До последнего времени ученые были уверены, что эти первенцы слишком бедны летучими веществами, а потому не могли дать жизнь чему-то сложному. Американский коллектив решил проверить это предположение в прямом смысле: заглянуть внутрь планетезималей.

Печь с адскими настройками

Чтобы понять, сколько азота и фосфора пряталось в первых планетезималях, геохимики устроили маленький ад в лаборатории. Дебьет Патак, Радждип Дасгупта и Найдхрув Айер разогревали металлические сплавы до температур от 1050 до 1600 C°. Для сравнения: лава самого горячего вулкана на Земле имеет около 1200 градусов.



Но температура была только началом эксперимента. Исследователи сжали образцы до давления в 2 гигапаскаля. Это в 20 тысяч раз сильнее нормального атмосферного давления.

Зачем такие сложности? Ученые заставляли железо кристаллизоваться прямо в экспериментальной камере и смотрели, как ведут себя атомы фосфора и азота. Куда они уходят: в твердый металл или остаются в жидкости? Измеряя коэффициенты распределения, команда получила точную формулу для «раскрутки» истории вспять.

Затем исследователи сопоставили реальный состав железных метеоритов из двух разных зон Солнечной системы: внутренней, ближе к Солнцу, и внешней, там, где сейчас находится пояс астероидов. И просчитали исходное содержание фосфора и азота в родительских телах этих метеоритов.

Результат оказался неожиданным. У внешних планетезималей первого поколения соотношение фосфора к азоту оказалось выше, чем у внутренних.

А дальше началось самое интересное. Когда ученые провели тот же расчет для более поздних хондритов (сформировавшихся через 2–4 миллиона лет), соотношение полностью поменялось. Внешние углеродистые хондриты, которые раньше считались главными доставщиками жизни, на самом деле имели более низкую пропорцию фосфора/азота, чем внутренние тела.

Следовательно, если бы Земля строилась только из этих внешних хондритов, то современное соотношение фосфора и азота в ее мантии было бы совершенно другим. Значит, источник этих элементов был другим.

Гигантский переключатель

Но как же так вышло, что химический профиль небесных тел так радикально изменился за какие-то пару миллионов лет? По меркам жизни Солнечной системы, прошли считаные дни. Почему сначала внешние планетезимали были богаче фосфором, а потом, наоборот, обеднели? Ученые сумели найти ответы на эти непростые вопросы.

На раннем этапе, в эру планетезималей молодое Солнце, если проводить аналогии, вело себя как бешеный вентилятор. Мощные радиальные потоки и турбулентность выдували из горячей внутренней части диска в холодные внешние области тугоплавкий минерал шрейберзит (главный природный контейнер для фосфора). Вот почему внешние планетезимали первого поколения оказались так богаты фосфором. Азот же, наоборот, предпочитал восстановительную среду внутреннего диска и там задерживался.

А потом появился он. Юпитер. Газовый гигант начал быстро набирать массу. И как только это случилось, на его границе возникли зоны повышенного давления. Эти зоны стали непреодолимым барьером для выноса тугоплавких материалов во внешнюю систему. «Фосфорный насос» отключился.



Одновременно протопланетный диск начал остывать. И во внешних, теперь уже холодных областях, смогли стабилизироваться богатые азотом органические соединения, которые раньше при высоких температурах просто не выживали. В результате поздние хондриты из внешней зоны накопили много азота.

Итог: своим гравитационным ростом Юпитер невольно перекрыл старый механизм транспортировки фосфора. Именно поэтому самые первые планетезимали из внутренней зоны оказались идеальными кирпичиками для будущей жизни на Земле. Так что, да, газовый гигант отметился в ДНК каждого из нас.