При спробі зрозуміти походження життя на Землі дослідники стикаються з парадоксом: у той час як вода є незамінним компонентом для всіх відомих форм життя, що існують сьогодні, вода також перешкоджає утворенню ланцюжків полімерів нуклеїнової кислоти, таких як РНК, які були, ймовірно, прекурсорами життя.
Виникає питання: як утворилися нуклеїнові кислоти в першу чергу? Одним з рішень цього «водного парадоксу» є те, що життя може виникнути в чомусь іншому, крім води, і тільки пізніше може бути адаптована до присутності води.
«Ми зачаровані можливістю того, що життя на водній основі може виникнути без води взагалі», - говорить дослідник Гарвардського університету Захарі Адам.
Адам та інші досліджували кандидата на водну альтернативу, що називається формамід, прозору рідину, що складається з водню, кисню, вуглецю та азоту. Формамід не тільки сприяє утворенню полімерних зв'язків більше, ніж воді, він також реагує з іншими молекулами з утворенням нуклеотидів, амінокислот і деяких інших основних сполук, необхідних для отримання нуклеїнових кислот.
Але тут є одна проблема: формамід не зустрічається природним чином в якій-небудь значній кількості в будь-якій точці Землі. Хоча формамід широко використовується в промисловості як розчинник для виготовлення фармацевтичних препаратів і пестицидів, весь цей формамід виробляється синтетично.
Формамід (HCONH2, FA) дійсно існує в космосі, і раніше мотивував дослідників передпологати, що він, можливо, був перенесений на Землю через комети або метеори. Але навряд чи цей сценарій міг би створити великі концентровані запаси формаміду, необхідні для формування прекурсорів життя.
У новій публікації, група дослідників, очолювана Адамом і співавтором Масасі Аоно в Університеті Кейо і Токійському технологічному інституті, продемонструвала можливість того, що формамід, можливо, був вироблений в достатку в деяких місцях ранньої Землі.
В експериментах дослідники опромінювали ціанід водню і ацетонітріл - дві хімічні речовини, присутні на ранній Землі, з гамма-променями. Вони виявили, що формамід є одним з основних продуктів.
Хоча у своїх експериментах дослідники використовували циліндр кобальту-60 для створення гамма-променів, вони вважають, що на ранній Землі випромінювання могло бути отримано з радіоактивних родовищ корисних копалин (виявлених сьогодні по всьому світу) або зон ділення урану. Відомо, що в даний час тільки один регіон містить докази невеликої ділянки уранових зон, які існували в геологічній історії Землі - регіоні Окло в Габоні, в Африці, - але ці зони активізувалися тільки після того, як виникло життя.
Дослідники підрахували, що якби подібні зони існували 4 мільярди років тому, одна ділянка могла б виробляти на 6 порядків більше формаміду в даній області, ніж той, який бути доставлений на Землю через комети і метеорити. Отримані результати показують, що радіоактивні мінеральні відкладення можуть утворювати достатню кількість формаміду для накопичення до високих концентрацій, які могли утворювати великі формамідні резервуари, в яких нуклеїнові кислоти могли утворюватися в якості попередників перших живих організмів.
«Часто проблема витоків життя вважається вирішуваною, якщо ми могли б зрозуміти, як прототипні будівельні блоки життя, такі як біополімери і метаболіти, можуть формуватися в правдоподібних середовищах на ранній Землі», - сказав Аоно. "Але нас не влаштовує такий спосіб мислення. Життя не слід розглядати як мішок, повний будівельних блоків, але його слід розуміти як складну мережу хімічних реакцій ".
Як пояснюють дослідники, випромінювання особливо унікальне як джерело енергії для витоків життя порівняно з окислювально-відновлювальною хімією або простим нагрівом. Як каже Захарі Адам, це пов'язано з тим, що радіація «управляє експансивною мережею реакцій, а не просто безліччю продуктів для масиву вхідних даних».
Звичайно, дослідники тільки показали, що могло статися, а не те, що сталося. У майбутньому вони планують продовжити вивчення всіх можливих сценаріїв виникнення витоків життя і вивчити правдоподібність кожного з них.
«Зараз ми намагаємося оцінити, чи демонструє повна мережа рухомих реакцій ознаки, виявлені в багатьох різних масштабах складних живих систем, таких як клітинні метаболічні мережі, динаміка популяцій і навіть екологічні відносини», - сказав Масасі Аоно.