Одна проста речовина може пояснити, як на Землі з'явилися головні складові життя

Роботу виконала команда Каліфорнійського технологічного інституту під керівництвом Джіхьона Янга, який раніше працював у Калтеху (Caltech), а нині представляє Чиказький університет. Дослідження опубліковане в науковому журналі Icarus.

Дивіться також На Землю впав шматок світу, якого більше не існує: вчені приголомшені знахідкою

Питання походження життя на Землі залишається одним із найскладніших у сучасній науці. Дослідники давно намагаються зрозуміти, як із простих хімічних речовин, присутніх на ранній Землі, утворилися складні молекули, необхідні для появи живих організмів.

Особливу роль у цій історії відіграють нуклеобази. Саме вони формують основу ДНК та РНК – молекул, які зберігають і передають генетичну інформацію всіх відомих живих істот.

До п'яти канонічних нуклеобаз належать:

• аденін,
• тимін,
• гуанін,
• цитозин,
• урацил.

"Але що це взагалі таке?" – запитаєте ви. Подібно до літер, які складаються в слова та речення, ці молекули утворюють довгі ланцюги нуклеїнових кислот. Проте самі нуклеобази мають доволі складну структуру, тому їхнє походження давно викликає запитання.

Комп'ютерна модель привела до несподіваного кандидата

Щоб розібратися в цьому питанні, команда Янга вирішила знайти спільні хімічні елементи, характерні для всіх п'яти нуклеобаз. Для цього вчені використали комп'ютерне моделювання, яке враховувало умови ранньої Землі – температуру, тиск і склад атмосфери.

Серед очікуваних компонентів, таких як азот, метан і вуглекислий газ, дослідники виявили ще одну важливу молекулу – бензол.

На перший погляд це виглядало дивно. Бензол зазвичай асоціюють із промисловою хімією, а не з походженням життя. Однак його шестикутна структура з атомів вуглецю та водню виявилася напрочуд схожою на деякі елементи будови нуклеобаз.

Наступним кроком стало з'ясування, чи міг бензол взагалі існувати в атмосфері молодої Землі. Розрахунки показали, що така молекула залишалася стабільною в атмосфері, де переважав азот або вуглекислий газ. Це важливий результат, адже сучасна атмосфера Землі також складається переважно з азоту.

Діаграма нижче ілюструє процес, за допомогою якого бензол може реагувати з ціаністим воднем, утворюючи попередники для нуклеотидних основ – будівельних блоків ДНК та РНК.

Діаграма / Фото Юка Л. Юнг

Новий сценарій появи "цеглинок" ДНК

Дослідники встановили, що бензол може вступати в реакцію з ціаністим воднем (HCN). У результаті азот поступово вбудовується в кільцеподібну структуру бензолу, формуючи молекули-попередники нуклеобаз.

Саме цей момент став головним відкриттям роботи. Раніше науковці пропонували інші механізми утворення нуклеобаз із ціаністого водню, однак більшість із них вимагала довгих ланцюжків малоймовірних реакцій. Нова модель пропонує значно простіший і ефективніший шлях.

Це можливий сценарій того, що могло відбуватися в атмосфері ранньої Землі. Бензол міг зустрітися з HCN і під впливом фотохімічної енергії ультрафіолетового випромінювання або блискавок запустити реакцію включення азоту до вуглецевої структури. Отримані сполуки розчинялися у воді та могли потрапляти до океану, де, як ми припускаємо, зародилося життя,
– пояснив Джіхьон Янг.

На думку авторів, якщо бензол і ціаністий водень постійно були присутні в середовищі ранньої Землі, подібні реакції могли відбуватися багаторазово протягом тривалого часу. Це забезпечувало б безперервне надходження молекул, необхідних для передбіологічної хімії, пише Phys.org.

Чому це відкриття важливе?

Дослідження не дає остаточної відповіді на питання про походження життя. Проте робота значно звужує коло можливих сценаріїв і показує, що складні біологічні компоненти могли виникати з набагато простіших речовин, ніж вважалося раніше.

Вчені поки що не знають, як часто повинні були відбуватися такі реакції та скільки часу знадобилося для переходу від простих молекул до перших одноклітинних організмів.

Важливо й те, що результати можуть стосуватися не лише Землі. Якщо схожі хімічні умови існували або існують на інших планетах і супутниках, аналогічні процеси потенційно могли запускати там формування молекул, необхідних для життя.

Наступним етапом стане лабораторна перевірка нової теорії. Команда планує відтворити запропоновані реакції в реальних умовах і з'ясувати, чи справді вони працюють так само ефективно, як показують комп'ютерні моделі.

Важливо! Ця стаття стала однією з останніх наукових робіт лабораторії Юка Л. Юнга – відомого фахівця з планетарної хімії та старшого наукового співробітника Лабораторії реактивного руху NASA, якою керує Caltech. Учений помер у березні 2026 року. Протягом своєї кар'єри він присвятив багато досліджень хімічним процесам, що визначають еволюцію планет і можливе походження життя у Всесвіті.