Жизнь на Земле зародилась под землей?

Гипотеза «первичного бульона», давшего начало первым живым клеткам водного раствора, может быть неверна, говорится в статье, которая будет опубликована в следующем номере журнала и которая доступна для подписчиков издания в интернете. Первые организмы, как считают ученые, возникли в трещинах горных пород, и ключевую роль в их появлении сыграли как тепло недр, так и смесь различных газов, поднимающаяся на поверхность из глубины.

Жизнь поднялась снизу?

Строго говоря, гипотеза о том, что первые клетки зародились не в морях, а где-то в разломах земной коры, сама по себе не нова. Бурение глубоких и сверхглубоких скважин позволило геологам прийти к выводу о том, что недра планеты вовсе не состоят из сплошного слоя гранита или базальта: в них вплоть до глубин в несколько километров повсеместно находят признаки активных процессов. По трещинам горных пород перемещаются насыщенные минеральными солями растворы, там можно обнаружить различные газы, а некоторые исследователи даже склонны считать, что на больших глубинах может формироваться из выделяемых мантией Земли газов нефть.

Гипотезу о нефти предлагали советские ученые еще в 1950-х годах, подземные бактериальные сообщества были описаны американским геофизиком Томасом Гольдом в 1990-х, уникальные экосистемы на морском дне вблизи горячих источников биологи открыли в конце 1970-х. То есть прямых свидетельств того, что недра вполне обитаемы, ученым хватает. Но вот вопрос о том, где зародилась жизнь, остается открытым.

Вопрос о молекуле

Одной из загадок возникновения жизни долгое время считалось то, откуда взялись молекулы РНК, несущие наследственную информацию и способные выступать в качестве катализатора химических реакций. Однако в 2009 году ученые смогли как воспроизвести синтез "строительных блоков" РНК, так и синтезировать РНК в горячем и приближенном по составу к древнему океану растворе.

Сейчас в пользу точки зрения о том, что именно недра стали источником жизни, появился новый аргумент. Уильям Мартин, один из авторов исследования, говорит, что по расчетам ученых насыщенный органическими веществами «бульон» в океане попросту не позволял бы первым клеткам получать достаточно энергии. Энергия, необходимая для жизни, имеется только в недрах – точнее там имеется необходимый градиент энергии.

Все дело в разнице

Специалистам по термодинамике известно, что какая-то полезная работа совершается вовсе не там, где много энергии или необходимых для "сборки" чего-либо (например, клеточной мембраны) веществ. Для совершения работы необходимо, чтобы в одном месте энергии или вещества было больше, а в другом – меньше, на языке ученых такая разница в количестве чего-либо между соседними точками называется градиентом.

Градиент энергии – это то, что необходимо не просто для протекания химических реакций, но и для формирования мембран. Он велик вблизи поверхности жидкости (так как сверху может быть атмосфера с другой температурой), но еще больше в тонком слое горных пород вблизи различных пустот. Если добавить сюда то, что по этим пустотам снизу поднимаются разные газы, от сероводорода до углекислого, то получится, что условия там для синтеза органических веществ и формирования первых клеток даже лучше чем, в «бульоне». По крайней мере это подтверждается расчетами ученых, а Джон Аллен, соавтор Мартина, обращает внимание на сходство химических свойств живых клеток и тех гипотетических пузырьков, из которых они могли возникнуть в недрах планеты.

«Величина градиента концентрации протонов, и, что особенно важно, его направление, – говорит Аллен, – в современных клетках совпадают с тем, что должно было быть в тех еще неживых образованиях, из которых они возникли».

Внутри клеток сейчас накапливается отрицательный электрический заряд, а снаружи, напротив, положительный: именно за счет создания градиента концентрации протонов, ионов водорода. Этот градиент играет важнейшую роль в самых разных процессах, от получения клеткой энергии до передачи нервных импульсов, а его величина, как считают ученые, была определена условиями на большой глубине, где-то под поверхностью Земли свыше 3 млрд лет назад.