Рецепт жизни: как Юпитер помог Земле получить ключевые ингредиенты

Согласно недавнему исследованию, часть ключевых ингредиентов для зарождения жизни Земля получила от астероидов из внутренней области Солнечной системы — и не без помощи самой большой планеты, Юпитера.

Чтобы понять, почему мы все здесь находимся и есть ли кто-то еще во Вселенной, ученым нужно начать с более простого вопроса: откуда на Земле взялся запас химических веществ, из которых состоят живые клетки?

По мнению планетолога Университета Райса Радждипа Дасгупты и его коллег, земные запасы фосфора и азота — двух химических элементов, критически важных для жизни, — поступили в основном из обломков горных пород, сформировавшихся во внутренней части Солнечной системы. И этот процесс вряд ли был бы возможен, если бы прямо за поясом астероидов не возвышался Юпитер.

«Применительно к нашей Солнечной системе, присутствие Юпитера и история его роста, судя по всему, сыграли решающую роль в распределении базовых химических ингредиентов, необходимых для обитаемых миров, — отметил Дасгупта в пресс-релизе NASA. — Остается открытым вопрос о том, может ли сформироваться бюджет жизненно важных элементов, аналогичный земному, в системах, где отсутствует планета, похожая на Юпитер».

Юпитер отдает голевую передачу

Дасгупта и его коллеги объединили лабораторные эксперименты с компьютерным моделированием, чтобы составить карту распределения азота и фосфора в ранней Солнечной системе. Жизнь в известном нам виде буквально построена на этих двух элементах: без азота невозможно создать аминокислоты, а без фосфора — ДНК или РНК.

Другие элементы тоже необходимы: углерод, водород, кислород и сера. Но вопрос о том, как Земля получила именно фосфор, до сих пор привлекал меньше внимания исследователей.

Когда ученые выясняют, каким путем на Землю могли попасть ингредиенты для жизни, одной из главных зацепок служит соотношение каждого элемента к другим. Эти пропорции формируют своего рода химический отпечаток, указывающий на первоначальный источник элементов. В данном случае анализ соотношения фосфора к азоту в твердой оболочке современной Земли мог пролить свет на происхождение земного фосфора.

Тайна происхождения фосфора раскрыта

В лаборатории исследователи смоделировали, как разные элементы распределяются по слоям при остывании только что сформировавшегося астероида, когда расплавленная порода кристаллизуется. Они также использовали компьютерные симуляции, чтобы воссоздать движение планетезималей — сгустков металла и камня, слипшихся из вращающегося пылевого диска вокруг новорожденного Солнца. Эти зародыши планет формировались и перемещались по ранней Солнечной системе, перенося с собой фосфор и азот.

Выяснилось, что современная Земля содержит фосфор и азот примерно в тех же пропорциях, что и каменистые планетезимали, сформировавшиеся во внутренней области Солнечной системы — между Юпитером и Солнцем — около 4,3–4,2 миллиона лет назад.

Модели Дасгупты и его коллег показывают, что эти обломки пород, относящиеся ко второму поколению планетезималей, вероятно, принесли свою долю фосфора и азота на Землю, когда наша планета еще только формировалась. В большинстве случаев земная гравитация захватывала эти объекты и притягивала их, добавляя к растущей массе планеты. Другие же были отброшены к аккрецирующей Земле в результате столкновений или тесных сближений с другими телами, и ключевую роль в этом процессе сыграл Юпитер.

Космический стражник у ворот

Юпитер сформировался раньше Земли, и его колоссальное гравитационное влияние определяло характер движения материи в газопылевом диске, вращавшемся вокруг молодого Солнца.

До появления Юпитера вещество в диске имело тенденцию перемещаться наружу, унося с собой запасы фосфора и азота. Однако массивное присутствие Юпитера заблокировало большую часть этого потока, удерживая камень, пыль и газ во внутренней части системы.

Когда примерно 4,3–4,2 миллиона лет назад под «присмотром» Юпитера ковалось второе поколение планетезималей, они сформировались с более высоким отношением фосфора к азоту, чем их старшие «собратья», оставшиеся за орбитой газового гиганта. Таким образом, самый массивный мир Солнечной системы сыграл роль регулятора в распределении элементов, включая те, что жизненно необходимы и позже были доставлены на Землю астероидами, бомбардировавшими нашу планету в младенчестве.

Это открытие заставляет по-новому взглянуть на поиск жизни за пределами Солнечной системы. Если роль такого газового гиганта, как Юпитер, оказалась решающей для обогащения планет земного типа фосфором, то список потенциально обитаемых миров может быть гораздо уже, чем считалось ранее. Возможно, наличие «стражника», подобного Юпитеру, который одновременно притягивает опасные объекты и направляет питательные вещества к внутренним планетам, является обязательным условием для превращения каменного шара в цветущий оазис жизни.

Дасгупта и его коллеги опубликовали свою работу в журнале Science Advances.