Մոտ 4,33 միլիարդ տարի առաջ երիտասարդ Երկրի վրա կարող էին միաժամանակ գոյություն ունենալ առաջին կենսաբանական համակարգերի առաջացման համար անհրաժեշտ երկու պայման՝ բավականաչափ կայուն միջավայր և քիմիական էներգիայի ակտիվ աղբյուրներ։ Այս եզրակացությանն են եկել գիտնականները՝ ԱՄՆ-ի Մոլորակագիտության ինստիտուտի ավագ գիտաշխատող Օլեգ Աբրամովի գլխավորությամբ։ Նրանց հետազոտությունը հրապարակվել է Nature Communications-ում։

Ավելի վաղ Երկիրը պարբերաբար «ստերիլացվում» էր հարվածներից

Ձևավորվելուց հետո Երկիրը մնում էր չափազանց անհանգիստ վայր։ Աստերոիդները, գիսաստղերը և պլանետեզիմալները մշտապես բախվում էին մոլորակին՝ տաքացնելով և հալեցնելով նրա մակերեսը։ Նման իրադարձությունները կարող էին ոչնչացնել այն մոլեկուլները, որոնք անհրաժեշտ էին նախակենսաբանական քիմիայի զարգացման համար։

Հետազոտողները ստեղծել են եռաչափ մոդել, որը ցույց է տալիս, թե ինչպես էր փոխվում երկրակեղևի ջերմային վիճակը 4,5-ից 3,5 միլիարդ տարի առաջվա ժամանակահատվածում։ Դրա համար նրանք օգտագործել են Լուսնի խառնարանային տարեգրության և Երկրի վերին մանտիայում բարձր սիդերոֆիլ տարրերի պարունակության մասին տվյալները, ինչպես նաև մոլորակի վրա ընկնող նյութի քանակի տարբեր գնահատականներ։

Այնուհետև ստացված ջերմաստիճանները համեմատել են ՌՆԹ-ի և այլ մոլեկուլների կայունության սահմանների հետ, որոնք կարող էին մասնակցել կյանքին նախորդած քիմիական գործընթացներին։

Մոդելը ցույց տվեց, որ մոտավորապես մինչև 4,4 միլիարդ տարի առաջ նույնիսկ այն երկրակեղևի հատվածը, որը հասցրել էր սառչել, կարող էր կրկին տաքանալ հերթական խոշոր բախումից հետո։ Նախակենսաբանական քիմիայի համար սա լուրջ խնդիր էր․ մոլեկուլներին պետք էր ոչ թե պարզապես հարմար պայմանների կարճ պատուհան, այլ կայունության բավականաչափ երկար ժամանակահատված։

4,4 միլիարդ տարի անց իրավիճակը սկսեց փոխվել։ Երկրակեղևում հայտնվեցին տարածքներ, որոնք սառչելուց հետո այլևս չէին տաքանում կրիտիկական ջերմաստիճանից բարձր։ Հեղինակները դրանք անվանել են «երբեք չստերիլացված» շրջաններ։

Լավագույն պայմանները ձևավորվել են մոտ 4,33 միլիարդ տարի առաջ

Այդպիսի կայուն հատվածների բաժինը աստիճանաբար աճում էր՝ ռմբակոծման թուլացմանը զուգընթաց։ 4,25 միլիարդ տարի առաջ դրանք արդեն զբաղեցնում էին երկրակեղևի մոդելավորված ծավալի ավելի քան կեսը։

Միևնույն ժամանակ գիտնականները աստերոիդների և այլ մարմինների անկումը չեն համարում բացառապես կործանարար գործոն։ Բախումներից հետո ապարներում ջերմությունը պահպանվում էր, իսկ տաքացած և ճեղքավորված ապարների միջով անցնող ջուրը կարող էր ձևավորել հիդրոթերմալ համակարգեր։

Այդպիսի համակարգերը միավորում են մի քանի պայման, որոնք պոտենցիալ կարևոր են կյանքի առաջացման համար՝ հեղուկ ջուր, ջերմություն և քիմիական էներգիայի աղբյուրներ։ Ուստի համընդհանուր ստերիլացման ինտենսիվության նվազումը կարող էր համընկնել տեղային միջավայրերի պահպանման հետ, որտեղ շարունակվում էին քիմիապես ակտիվ գործընթացները։

Հենց այս համադրությունն էլ հատկապես հետաքրքիր էր հետազոտողների համար։ Մոտ 4,3 միլիարդ տարի առաջ մոդելը ցույց է տալիս փոխկապակցված բազմաթիվ հիդրոթերմալ համակարգեր, որոնք առաջացել էին հարվածներից հետո, մինչդեռ երկրակեղևի կայուն հատվածներն արդեն բավական լայնորեն տարածվել էին։

«ՌՆԹ-ի աշխարհը» կարող էր ստանալ անհրաժեշտ ժամանակը

Կյանքի առաջացման վաղ փուլի գլխավոր թեկնածու վարկածներից մեկը համարվում է «ՌՆԹ-ի աշխարհի» հիպոթեզը։ Ըստ դրա՝ մինչև ԴՆԹ-ի և սպիտակուցների վրա հիմնված ժամանակակից համակարգի առաջանալը, առանցքային դեր կարող էին խաղալ ՌՆԹ-ի մոլեկուլները։

ՌՆԹ-ն ի վիճակի է միաժամանակ պահել գենետիկական տեղեկությունը և մասնակցել քիմիական ռեակցիաներին, ներառյալ վերարտադրության հետ կապված գործընթացները։ Սակայն նման համակարգի առաջացման և զարգացման համար բավարար չէ, որ հարմար մոլեկուլները ժամանակ առ ժամանակ հայտնվեն բարենպաստ պայմաններում։ Անհրաժեշտ էր, որ դրանք պահպանվեին բավական երկար, փոխազդեին միմյանց հետ և մասնակցեին հաջորդական քիմիական ռեակցիաների։

Հենց այդ պատճառով հետազոտողները փնտրում էին այն պահը, երբ հարվածների կործանարար հետևանքներն այլևս ամբողջությամբ չէին ծածկում պոտենցիալ բարենպաստ պայմանները։

Աբրամովի թիմի հաշվարկներով՝ Երկիրը կարող էր կյանքի ամենավաղ փուլերի համար պիտանի դառնալ մոտավորապես 4,4-ից 4,3 միլիարդ տարի առաջ։ Օպտիմալը եղել է մոտ 4,33 միլիարդ տարի առաջ ընկած ժամանակահատվածը՝ բավականաչափ ուշ, որպեսզի մոլորակի վրա առաջանային կայուն շրջաններ, բայց միաժամանակ դեռ բավական վաղ, որպեսզի երկնային մարմինների հարվածները շարունակեին ստեղծել բազմաթիվ հիդրոթերմալ համակարգեր։

Սա չի նշանակում, որ կյանքն իսկապես առաջացել է հենց այդ ժամանակ։ Մոդելը սահմանում է այն ժամանակահատվածը, երբ Երկրի վրա առաջին անգամ կարող էր միաժամանակ գոյություն ունենալ նախակենսաբանական քիմիայի համար հարմար պայմանների համակցությունը։ Առաջին կենսաբանական համակարգերի առաջացման ճշգրիտ պահը մնում է անհայտ։