Формирование ядра Земли определило судьбу жизни — всё зависело от тонкой химической настройки

Зарождение жизни оказалось куда более хрупким процессом, чем считалось раньше. Оказывается, одного лишь наличия воды недостаточно — решающую роль играет тонкая химическая настройка планеты в первые миллионы лет её существования. Судьба биологических молекул определяется ещё до того, как поверхность становится пригодной для жизни. Об этом сообщает Nature Astronomy.

Баланс, без которого не появится ДНК

Фосфор и азот — два элемента, без которых невозможна привычная нам биология. Фосфор входит в состав ДНК и РНК и участвует в энергетическом обмене клеток. Азот необходим для построения белков — основы всех живых организмов.

Однако доступность этих элементов зависит от событий, происходивших в раскалённой молодой планете. На ранней стадии каменистые миры представляли собой океаны магмы. Под действием гравитации тяжёлые металлы опускались к центру, формируя ядро, а более лёгкие вещества оставались выше, образуя мантию.

Именно в этот момент решалась судьба фосфора и азота. Ранее исследования показывали, как менялось распределение веществ в молодой Солнечной системе, в том числе при формировании океанов — например, данные о том, как земная вода получила новый источник, пересмотрели роль космических тел. Теперь внимание сосредоточено на кислороде.

"При формировании ядра планеты должно присутствовать ровно столько кислорода, чтобы фосфор и азот оставались на поверхности планеты", — объясняет постдок Центра происхождения и распространения жизни Крейг Уолтон.

Если кислорода слишком мало, фосфор уходит в ядро вместе с металлами. Если слишком много — азот легче покидает планету через атмосферу.

Узкий коридор химического равновесия

Компьютерные модели показали, что существует крайне узкий диапазон содержания кислорода, при котором оба элемента сохраняются в мантии в пригодных для жизни количествах. Земля, по расчётам, оказалась именно в этом редком интервале.

"Наши модели ясно показывают, что Земля находится именно в этом диапазоне. Если бы при формировании ядра у нас было чуть больше или чуть меньше кислорода, фосфора и азота для зарождения жизни не хватило бы", — говорит Уолтон.

По оценкам учёных, этот баланс сформировался около 4,6 миллиарда лет назад. Марс, напротив, прошёл через иную химическую историю. Несмотря на свидетельства того, что древние реки Марса охватывали более 100 тысяч квадратных километров, наличие воды не гарантировало сохранения нужного соотношения элементов.

Новый критерий в поиске жизни

До сих пор главным ориентиром для астрономов была так называемая «обитаемая зона» — расстояние от звезды, при котором возможна жидкая вода. Новые данные добавляют ещё один фильтр: химический состав планеты в момент формирования её ядра.

Количество кислорода связано с составом родительской звезды. Планеты образуются из того же протопланетного вещества, что и их светило, поэтому химия звезды определяет стартовые условия всей системы.

Это означает, что поиск жизни стоит сосредоточить на звёздах, похожих на Солнце. Такой подход позволяет заранее оценить вероятность сохранения фосфора и азота на поверхности будущих миров.

В итоге становится понятно: жизнь возникает не просто там, где есть вода. Она появляется там, где совпали геология, химия и время. Земля оказалась в редком состоянии химического равновесия, позволившем сохранить ключевые элементы на поверхности. Понимание этого уточняет наши представления о распространённости жизни во Вселенной и делает её существование ещё более ценным.