Ученые определили временное окно, когда на молодой Земле возникли идеальные условия для наступления ранней фазы жизни — мира РНК. По данным исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, наилучшая обстановка сложилась примерно 4,33 миллиарда лет назад, хотя планета могла стать пригодной для этого еще 4,4 миллиарда лет назад. В тот период на Земле практически прекратилась интенсивная бомбардировка астероидами, кометами и другими небесными объектами, оставшимися после формирования Солнечной системы.
4,33 миллиарда лет назад на Земле сложились уникальные условия для зарождения жизни
Около 4,33 миллиарда лет назад на Земле сложились оптимальные условия для возникновения первых форм жизни. К такому выводу пришли планетологи, смоделировавшие воздействие астероидных ударов на раннюю кору планеты. Новая датировка заметно сужает временную неопределенность периода, известного как «мир РНК», и объясняет, когда именно на Земле появились подходящие ниши для формирование сложных биомолекул.
Мелководные гидротермальные источники, подобные тем, что встречаются в Йеллоустоуне, могли служить средой обитания для предков ранней жизни на Земле. Manon Rousselle
Гипотеза мира РНК и переход к ДНК. Концепция мира РНК предполагает, что на раннем этапе эволюции рибонуклеиновая кислота выполняла сразу две роли: хранила генетический код и катализировала химические реакции, работая как фермент. Позже, по мере усложнения систем, функции разделились. РНК сформировала союз с белками, а затем возникла более химически стабильная ДНК, принявшая на себя задачу надежного хранения наследственной информации.
Новые результаты дают куда более точную оценку начала мира РНК по сравнению с предыдущими работами. Старший научный сотрудник Института планетологии в Аризоне Олег Абрамов пояснил: «Время согласуется с прошлыми оценками (около 4,35 миллиарда лет назад), но наш диапазон существенно уже». Он добавил, что «предыдущие рамки охватывали интервалы от 4,46 до 4,26 миллиарда и от 4,45 до 3,9 миллиарда лет назад».
Термические изменения в хадейской коре в результате ударной бомбардировки. Трехмерная тепловая модель, отражающая верхние 140 км недр Земли в период поздней аккреции. В моделировании используется хронология ударов по Брассеру. Темные кружки обозначают местоположения кратеров и их приблизительные конечные диаметры. Обратите внимание на постепенное насыщение поверхности ударными кратерами на последующих панелях. Верхние поверхности показывают температуры на глубине ~4 км. a — 10 млн лет после начала поздней аккреции. b — 50 млн лет после начала поздней аккреции. c — 100 млн лет после начала поздней аккреции. d — 200 млн лет после начала поздней аккреции.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Гипотеза мира РНК описывает время перед появлением LUCA — последнего универсального общего предка всех живых организмов. В ту эпоху именно РНК служила главной самовоспроизводящейся биомолекулой, передававшей генетическую информацию. Чтобы выяснить, когда возникли условия для мира РНК, авторы работы создали трехмерную компьютерную модель земных недр. Она показала, как гигантские удары из космоса, происходившие от 4,5 до 3,5 миллиарда лет назад, влияли на температуру коры и пригодность планеты для жизни.
От космического хаоса к стабильным гидротермальным источникам
Термические режимы в неглубоких слоях недр. Температурные срезы в недрах хадейского периода на глубинах 0, 100 м, 200 м и 300 м в следующие моменты времени: (а) 1 млн лет (4,5 млрд лет), (б) 101 млн лет (4,4 млрд лет) и (в) 251 млн лет (4,25 млрд лет). Базовое моделирование (с предварительно сформированной корой), общая доставленная масса составляет 0,57 % по массе.
До 4,4 миллиарда лет назад астероиды диаметром в сотни километров регулярно стерилизовали поверхность Земли. Эти катастрофы вызывали тотальное плавление коры, испарение океанов и непрерывные дожди из расплавленной породы. Жизнь в таких условиях выжить не могла.
Но после 4,4 миллиарда лет назад ситуация стабилизировалась. В верхней части коры сформировались кластеры гидротермальных источников, где стали накапливаться ключевые элементы для сборки РНК: нуклеотиды, пептиды и липиды. По словам исследователей, это указывает на то, что Земля стала пригодной для мира РНК между 4,4 и 4,3 миллиарда лет назад с пиком условий около 4,33 миллиарда назад: до появления LUCA, жившего около 4,2 миллиарда лет назад, оставалось примерно в 130 миллионов лет.
Загружаем