Возникновение жизни на Земле: окно 4,33 млрд лет назад

Возникновение жизни на Земле могло стать возможным уже около 4,33 миллиарда лет назад. Новая компьютерная модель показывает, что к этому времени наша планета постепенно выходила из эпохи разрушительных столкновений с астероидами. Появлялись области, где сложные органические молекулы могли сохраняться достаточно долго, чтобы участвовать в химических процессах, потенциально ведущих к жизни.

Интересно, что те же столкновения, которые прежде уничтожали подходящие условия, могли впоследствии создавать места для зарождения первых биологических систем.

22 сентября 2026 года исследователи опубликовали в Nature Communications работу, в которой попытались установить временные границы появления так называемого мира РНК.

Согласно этой гипотезе, до возникновения современной системы хранения наследственной информации могли существовать организмы, использовавшие РНК одновременно для хранения информации и ускорения химических реакций. Некоторые молекулы РНК действительно способны выполнять функции катализаторов. Но когда на Земле могли появиться условия для существования подобных систем?

Когда Земля перестала уничтожать собственную химию

Около 4,5 миллиарда лет назад Земля была значительно горячее современной. После гигантского столкновения, связанного с образованием Луны, её поверхность продолжали бомбардировать крупные космические тела.

Такие столкновения могли испарять океаны, нагревать атмосферу и покрывать поверхность раскалёнными выбросами. Даже если где-то уже возникали сложные органические молекулы, следующая катастрофа могла уничтожить их.

Авторы построили трёхмерную компьютерную модель, воспроизводящую последствия метеоритной бомбардировки на протяжении первого миллиарда лет рассматриваемой истории Земли.

Они рассчитали, как нагревалась и остывала земная кора, где сохранялись подходящие температуры и насколько долго могли существовать относительно прохладные области вблизи поверхности. Различные сценарии интенсивности бомбардировки сопоставляли с геологическими данными, включая возраст древнейших цирконов.

Результаты показали, что примерно после 4,4 миллиарда лет назад частота столкновений, способных вызвать глобальную тепловую катастрофу, существенно уменьшилась.

В верхних 300 метрах земной коры начали появляться области, которые после охлаждения уже не подвергались столь сильному повторному нагреву.

Для оценки устойчивости молекул авторы использовали несколько температурных порогов. В частности, температуру не выше 60 °C рассматривали как консервативное условие для долговременного сохранения основных компонентов предполагаемого мира РНК.

Астероиды могли не только разрушать

В расчётах обнаружился неожиданный парадокс.

Столкновения с астероидами оставляли после себя огромные запасы тепла. Подземная вода, взаимодействуя с нагретыми породами, могла создавать гидротермальные системы с выраженными температурными и химическими градиентами.

Такие места потенциально обеспечивали сразу два необходимых условия: доступ к химической энергии и среды, где органические вещества могли взаимодействовать.

На ранних этапах бомбардировка была слишком интенсивной, чтобы подобные условия сохранялись долго. Но по мере сокращения числа крупных столкновений возникало всё больше относительно устойчивых областей.

Объединив несколько показателей температурной пригодности, исследователи определили наиболее благоприятный период для предполагаемого появления мира РНК — около 4,33 миллиарда лет назад.

Это оценка, полученная из геофизической модели, а не обнаруженная дата возникновения жизни. Модель не воспроизводит синтез первых молекул РНК, появление самовоспроизводящихся систем или реальную циркуляцию воды в отдельных гидротермальных источниках. Она определяет физические условия, при которых такие процессы могли продолжаться достаточно долго.

Сам момент зависит от принятых предположений. Например, при меньшей интенсивности бомбардировки благоприятное окно в расчётах сдвигалось примерно на 70 миллионов лет в более раннюю эпоху.

Как это согласуется с историей жизни

Полученная дата представляет интерес ещё по одной причине.

Согласно опубликованным ранее оценкам, последний универсальный общий предок современных организмов, известный как LUCA, мог существовать приблизительно 4,09–4,33 миллиарда лет назад.

Средняя оценка этого интервала составляет около 4,2 миллиарда лет. Получается, между наиболее благоприятным периодом для предполагаемого мира РНК и этой оценкой возраста LUCA было примерно 130 миллионов лет.

Конечно, LUCA не был первым живым организмом. К его появлению уже должна была существовать определённая эволюционная история.

Новая модель предлагает возможную геологическую основу для этой истории. Сначала интенсивная бомбардировка препятствовала сохранению сложной химии. Затем столкновения стали достаточно редкими, чтобы органические молекулы могли сохраняться, а остаточное тепло продолжало поддерживать разнообразные энергетически богатые среды.

Возможно, ранней жизни потребовалось вовсе не дожидаться полного окончания эпохи астероидных ударов. Ей было достаточно того, чтобы между катастрофами появились места, где сложная химия перестала начинаться с нуля.