Ученый Лоуренса Ливермора Нир Голдман и коллега из Технологического института Онтарио Исаак Тэмблин (бывший постдок LLNL) обнаружили, что ледяные кометы, упавшие на Землю миллионы лет назад, могли произвести жизнь, строящую органические соединения, включая строительные блоки из пар белков и нуклеиновых оснований. ДНК и РНК.Кометы содержат множество простых молекул, таких как вода, аммиак, метанол и углекислый газ, и столкновение с поверхностью планеты обеспечит обильный запас энергии для запуска химических реакций.«Поток органического вещества на Землю через кометы и астероиды во время периодов сильной бомбардировки мог достигать 10 триллионов килограммов в год, доставляя на несколько порядков большую массу органических веществ, чем та, которая, вероятно, существовала ранее на планете, "Сказал Голдман.
Более ранняя работа Голдмана основана на моделях с интенсивными вычислениями, которые в прошлом могли уловить только 10-30 пикосекунд столкновения кометы. Однако при новом моделировании, разработанном на суперкомпьютерах LLNL Rzcereal и Aztec, Голдман использовал гораздо более эффективные с точки зрения вычислений модели и смог зафиксировать удары за сотни пикосекунд — гораздо ближе к химическому равновесию.«В результате сейчас мы наблюдаем очень разные и более широкие спектры углеводородных химических продуктов, которые при ударе могли создать органический материал, который в конечном итоге привел к появлению жизни», — сказал Голдман.
Кометы могут иметь размер от 1,6 до 56 километров. Кометы, проходящие через атмосферу Земли, нагреваются снаружи, но остаются холодными внутри.
При ударе о поверхность планеты из-за внезапного сжатия образуется ударная волна. Ударные волны могут создавать внезапные сильные давления и температуры, которые могут повлиять на химические реакции внутри кометы до того, как она вступит во взаимодействие с окружающей планетной средой. Косое столкновение, при котором внеземное ледяное тело ударяется об атмосферу планеты скользящим ударом, может создать термодинамические условия, способствующие органическому синтезу.
Эти процессы могут привести к доставке на Землю значительных концентраций органических видов.Команда обнаружила, что умеренное ударное давление и температура (примерно 360000 атмосфер давления и 4600 градусов по Фаренгейту) в смеси льда, богатой углекислым газом, приводят к образованию ряда азотсодержащих гетероциклов, которые при расширении и охлаждении диссоциируют с образованием функционализированных ароматических углеводородов. Считается, что они являются пребиотиками-предшественниками пар оснований ДНК и РНК.
Напротив, более высокие ударные условия (давление от 480 000 до 600 000 атмосфер и 6 200–8180 градусов по Фаренгейту) привели к синтезу метана и формальдегида, а также некоторых длинноцепочечных молекул углерода. Эти соединения, как известно, действуют как предшественники аминокислот и сложного органического синтеза.
Все моделирование ударного сжатия в этих условиях привело к получению значительных количеств новых простых углеродно-азотно-связанных соединений при расширении и охлаждении, которые являются известными пребиотиками-предшественниками.«Удары комет могут привести к синтезу молекул пребиотиков без необходимости в других« особых »условиях, таких как присутствие катализаторов, УФ-излучение или особые ранее существовавшие условия на планете», — сказал Голдман. «Эти данные имеют решающее значение для понимания роли ударных событий в формировании соединений, способствующих созданию жизни, как на ранней Земле, так и на других планетах, а также для руководства будущими экспериментами в этих областях».
Исследование будет опубликовано на обложке журнала "Физическая химия А." от 20 июня.