Новая находка о химическом составе Земли: ключ к поискам внеземной жизни

Недавнее исследование, проведенное группой ученых из Швейцарского федерального института технологий Цюриха, внесло значительный вклад в наше понимание условий, необходимых для зарождения жизни на планетах. Оказалось, что Земля образовалась при исключительно строгом наборе химических условий, которые стали решающими для сохранения двух ключевых элементов для жизни — фосфора и азота. Эти элементы, по мнению исследователей, являются фундаментальными для формирования ДНК, клеточных мембран и процессов энергетического обмена.

По словам Крейга Уолтона, ведущего автора исследования, для того чтобы фосфор и азот могли оставаться на поверхности планеты, в процессе формирования ее ядра должно присутствовать строго определенное количество кислорода. Уолтон отмечает: «Если бы кислорода было чуть больше или чуть меньше, на Земле недоставало бы фосфора или азота для развития жизни». Эта информация имеет критическое значение для поисков экзопланет, обладающих аналогичными условиями.

Исследование показало, что во время формирования планет, которые могут находиться в состоянии частичного или полного расплавления, тяжелые металлы опускаются к центру, в то время как легкие вещества остаются ближе к поверхности. На данном этапе, известном как образование ядра, уровень кислорода играет ключевую роль в определении местонахождения других элементов и их доступности для будущей жизни.

По данным исследования, уровни кислорода должны находиться в довольно узком диапазоне, чтобы фосфор и азот могли оставаться в мантии и коре планеты. Слишком низкий уровень кислорода приводит к связыванию фосфора с железом и его перемещению в ядро, что приводит к нехватке этого элемента на поверхности. В то же время, слишком высокий уровень кислорода способствует утрате азота в открытый космос. Таким образом, находясь в пределах этого «химического золотоволосого» диапазона, Земля могла сохранить достаточное количество фосфора и азота — условия, которые могут быть совершенно не характерны для других каменистых планет.

Ученые также провели моделирование формирования других планет, таких как Марс, где уровни кислорода находятся за пределами химического «золотого» диапазона. Модели показывают, что на Марсе больше фосфора в мантии, чем на Земле, однако уровень азота значительно ниже, что создает трудные условия для возможности жизни.

Результаты данного исследования ставят под сомнение традиционные представления о так называемой обитаемой зоне — области вокруг звезды, где может существовать жидкая вода. Хотя наличие воды является критически важным, исследование подчеркивает, что это лишь часть общей картины. Планета может находиться на правильном расстоянии от своей звезды и все равно не иметь необходимых внутренних химических условий для зарождения жизни.

Совершенно уникальным аспектом является то, что условия, определяющие эти процессы, связаны с химическим составом самой звезды. Поскольку планеты формируются из того же материала, что и их звезды, составляющие звездной химии могут открыть подсказки о способности системы производить обитаемые планеты с самого начала.

Если выводы исследователей верны, то Земля может быть не космической нормой, а скорее счастливым исключением — планетой, которая удачно «поразила химический джекпот» на ранних этапах своего формирования. Использование Земли в качестве эталона может помочь ученым более точно идентифицировать экзопланеты с необходимым балансом элементов, жизненно важных для существования.

«Это делает поиск жизни на других планетах гораздо более специфичным», — подчеркивает Уолтон. «Мы должны обращать внимание на солнечные системы со звездами, которые похожи на наше Солнце». Такие исследования помогут лучше понять, какие условия необходимы для появления жизни и как эти знания можно применить к поискам внеземной биологии.