Новый эксперимент рассказал о происхождении органики на Земле

Международная команда учёных провела эксперимент, который доказал, что органические соединения на нашей планете могли появиться из-за удара кометы или астероида. Однако не сами космические объекты занесли чужеродные вещества на Землю.

В ходе исследования учёные установили, что выход радикалов CN относительно содержания C₂ возрастал с увеличением скорости удара и ростом отношения парциального давления N₂ к атмосферному давлению (иллюстрация P. H. Schultz, Brown University, AVGR).

Считается, что на нашей планете изначально не было собственной органики – сложных молекул, содержащих углерод и давших начало жизни. Планета, сформировавшаяся столь близко к своей звезде, заполучить эти вещества из первичного газопылевого диска не могла.

Возможно, органические вещества образовались в атмосфере Земли позже в ходе химических реакций, инициированных дуговым разрядом молний. Эту теорию подтверждают эксперименты, которые в 1950-х годах проводил Стэнли Миллер (Stanley Miller) из университета Чикаго (мы рассказывали о повторном анализе его результатов спустя полвека).

Однако подобное могло произойти только в ранней атмосфере, когда она была переполнена метаном и водородом. А более поздние (уже после опытов Миллера) геологические исследования показали – вероятность того, что состав оболочки планеты был именно таким, невелика.

Ещё одна теория гласит, что органику на Землю могли занести кометы и астероиды, известные своими обширными запасами этих веществ. Но и тут остаются вопросы: при вхождении в атмосферу материал космических объектов по большей части сгорает, превращаясь в простые вещества вроде углекислого газа.

Однако существует и ещё один вариант развития событий. Родные для комет и астероидов органические молекулы разрушаются, но при этом запускаются другие реакции, которые приводят к появлению новой органики (цианидов, например).

Именно это попытались увидеть физики в нынешних экспериментах. "Любые органические вещества будут потеряны при прохождении космического тела через атмосферу, но мы показали, что их можно возродить", — рассказывает Петер Шульц (Peter Schultz) из университета Брауна.

Он и его коллега Сэидзи Сугита (Seiji Sugita) из Токийского университета сымитировали удар кометы или астероида при помощи куска поликарбонатного пластика. Снаряд из этого органического материала разогнали до 6 километров в секунду и направили его на металлическую мишень. Всё происходило в Центре Эймса (NASA Ames Research Center).

Вспыхнул свет, и снаряд будто испарился (точно так же, как если бы он столкнулся с поверхностью Земли). Анализ спектра вспышки показал, что в результате удара образовалось большое количество цианида – вещества, содержащего связанные атомы углерода и азота.

Интересно то, что цианиды – не простая органика, а высокореакционная. Активность этих веществ могла начать цепочку реакций, которая привела к образованию более сложной органики, столь важной для появления жизни на нашей планете, пишут авторы исследования в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

Не принимавший участия в данной работе Дональд Браунли (Donald Brownlee) из университета Вашингтона в Сиэтле считает, что органические вещества отчасти могли появиться на Земле именно по такому сценарию, но вряд ли это был единственный их источник. Например, им могли стать богатые органикой частицы межзвёздной пыли, которые проходят сквозь атмосферу с куда меньшими потерями. "Они тоже разогреваются, но не до экстремальных температур", — говорит Дональд.

Читайте также о теории, предполагающей, что предшественники живых клеток могли появиться раньше Солнца.