Ученые определили состав атмосферы ранней Земли, что меняет представления о зарождении жизни

Ученые из Нью-Йоркского центра астробиологии при Политехническом институте Ренсселера использовали древнейшие минералы Земли, чтобы реконструировать атмосферные условия, существовавшие вскоре после ее образования. Выводы, опубликованные 1 декабря в журнале Nature, являются первым прямым свидетельством состава древней атмосферы планеты и бросают вызов многолетним исследованиям о среде, в которой зародилась жизнь.

Исследование показывает, что атмосфера Земли всего через 500 миллионов лет после ее формирования не была наполнена метаном, как предполагалось ранее, а была гораздо ближе к условиям современной атмосферы. Работа под названием «Степень окисленности магм гадейского эона и последствия для атмосферы ранней Земли» имеет значение для понимания того, как и когда жизнь зародилась на нашей планете и может возникнуть в других местах Вселенной. Исследование финансировалось NASA.

На протяжении десятилетий считалось, что атмосфера ранней Земли была сильно восстановленной, с крайне низким содержанием кислорода, что привело бы к образованию атмосферы, наполненной метаном, угарным газом, сероводородом и аммиаком. Теперь ученые доказывают, что условия на ранней Земле были неблагоприятны для такой атмосферы, а способствовали формированию атмосферы, богатой кислородсодержащими соединениями, включая воду, углекислый газ и диоксид серы.

«Мы можем с определенностью сказать, что многие ученые, изучающие происхождение жизни на Земле, просто выбрали неверную атмосферу», — заявил Брюс Уотсон, профессор института.

Исследование основано на теории, что атмосфера Земли сформировалась из газов, выделявшихся при вулканической активности. Чтобы понять состав первичной атмосферы, ученые определили, какие газы содержались в магмах. Ключом к разгадке стали кристаллы циркона — древнейшие минералы Земли, сохранившиеся с ее ранней истории.

Ученые определили степень окисленности магм, из которых образовались эти древние цирконы, чтобы впервые количественно оценить, насколько окисленными были газы, выделявшиеся в ранней истории Земли. Для этого в лаборатории были воссозданы условия формирования цирконов при разных уровнях окисления. В качестве индикатора использовали концентрации редкоземельного металла церия, который существует в двух степенях окисления.

Калибровки показали, что атмосфера имела степень окисления, близкую к современным условиям. «Наша планета — это сцена, на которой разыгрывалась вся жизнь, — говорит Уотсон. — Мы не можем даже начать говорить о жизни на Земле, пока не узнаем, что это за сцена. А условия по кислороду были чрезвычайно важны, поскольку они влияют на типы органических молекул, которые могут образоваться».

Несмотря на то что современная окисленная атмосфера — среда для нынешней жизни, она не считается идеальной для ее зарождения. Метан и другие бедные кислородом соединения обладают большим биологическим потенциалом для перехода от неорганических соединений к аминокислотам и ДНК. Это открытие может оживить теории о том, что строительные блоки жизни были не созданы на Земле, а доставлены из других частей галактики.

Результаты не противоречат существующим теориям о переходе жизни от анаэробных к аэробным организмам. Они проливают свет на природу газов в самой ранней атмосфере, но не затрагивают более поздний рост свободного кислорода в воздухе, который, как отмечает ведущий автор Дастин Трейл, мог накапливаться в атмосфере в течение долгого времени благодаря биологическим механизмам.