Кремній виявився ключовим елементом для зародження життя на Землі

Кремній і його сполуки виявилися ключовими для утворення примітивних клітин і зародження життя в умовах ранньої Землі. Це показали експерименти, в яких науковці симулювали ранні умови на нашій планеті та спостерігали, за якого сценарію почнуть утворюватися необхідні для життя органічні сполуки. Дотепер більшу роль у зародженні життя віддавали сполукам вуглецю й азоту, а нові дані допоможуть не лише зрозуміти появу життя на Землі, але й передбачити її можливість на інших планетах або супутниках. Дослідження опублікували в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Попередники клітин, які формувалися в експерименті науковців під час взаємодії неорганічних сполук із кремнієм. C. Jenewein et al. / PNAS, 2025

Попередники клітин, які формувалися в експерименті науковців під час взаємодії неорганічних сполук із кремнієм. C. Jenewein et al. / PNAS, 2025

Хіба вже не відомо, як виникло життя на Землі?

Найпоширенішою та найобґрунтованішою науковою гіпотезою походження життя на Землі є гіпотеза про так званий «первісний бульйон», у якому неорганічні молекули під впливом високих температур, тиску та електричних розрядів сформували органічні сполуки. Цю гіпотезу підтвердили експерименти Міллера — Юрі, в яких із неорганічних сполук вдалося синтезувати основні компоненти білків, звані амінокислотами.

Утім досі не було зрозуміло, як саме відбувався цей процес зародження примітивного життя. Зокрема, протягом довгого часу йдуть дебати щодо того, які молекули виникли першими — ДНК, РНК чи білки, та як такі складні молекули не руйнувалися в екстремальних умовах ранньої Землі. Щоб краще зрозуміти цей процес, науковці з Андалузького інституту наук про Землю з іспанськими колегами провели новий експеримент із симулювання умов на ранній Землі.

Що дізналися про життя на ранній Землі?

Науковці створили умови, що нагадували умови Землі близько 4,4 мільярда років тому: вони змішали воду та гази з тодішньої атмосфери, такі як метан, аміак і азот. Для експерименту обрали реактор зі скла, тобто зі вмістом кремнію в ньому, адже попередні експерименти в тефлоновому посуді не призвели до формування органічних сполук. Протягом двох тижнів вони час від часу подавали в суміш електричний струм, який, як вважають, надавав молекулам на ранній Землі достатньої енергії для взаємодії між собою.

Після двох тижнів експерименту науковці виявили, що на поверхні реактора, де речовини могли взаємодіяти з кремнієм, утворилася бура плівка. Сам розчин змінив свою кислотність, що свідчить про утворення речовин, відмінних від початково внесених. За допомогою електронного мікроскопа дослідники вивчили структуру цієї плівки та встановили, що вона була неоднорідною, місцями формуючи порожнисті структури розміром від сотень нанометрів до кількох мікрометрів. Що цікаво, ці структури за своєю будовою нагадували сучасні бактерії: сферичні коки та ланцюжки з коків, стрептококи.

Подібні на стрептококи складні протоклітини, які утворилися з неорганічних молекул. C. Jenewein et al. / PNAS, 2025

Подібні на стрептококи складні протоклітини, які утворилися з неорганічних молекул. C. Jenewein et al. / PNAS, 2025

Усередині цих порожнистих структур науковці виявили речовини, які можуть бути попередниками органічних молекул. Однією із таких речовин була синильна кислота, яка утворювалася і в експерименті Міллера — Юрі та яку хіміки часто використовують в синтезі органічних сполук. Дослідники припускають, що такі порожнисті структури, які вони назвали протоклітинами, могли слугувати мікроскопічними реакторами для пришвидшення протікання хімічних реакцій. У їхньому замкнутому просторі попередники органічних молекул мали більшу імовірність зіткнутися та прореагувати.

Чим важливі знання про появу життя на ранній Землі?

Експеримент не тільки підтвердив правдивість гіпотези первісного бульйону, але й дозволив краще зрозуміти, як саме зароджувалося життя на Землі. Розуміння того, які компоненти для цього потрібні, може допомогти науковцям у пошуках придатних до життя планет і супутників з умовами, що схожі на умови на ранній Землі.

Крім того, цей експеримент змушує переглянути уявлення про те, що саме є слідами позаземного життя. Формування протоклітин, які за будовою нагадують живі організми, із неорганічних сполук може пояснити знахідки таких структур на Марсі. Науковці вважають, що вони могли утворитися подібним до умов експерименту способом, але не дати початку життю на Марсі.

  • Раніше науковцям вдалося з’ясувати, що найдавніші форми життя на Землі могли не мати клітинної стінки, яка надавала б їм форми. Подібну будову мають сучасні організми із Мертвого моря, на яких і проводили дослідження.