Дотепер погано зрозуміло, звідки раннє життя могло отримувати доступний азот, адже мікробів, здатних засвоювати його з повітря, тоді не існувало. Можливо, цю роль зіграли вулкани і численні блискавки, які супроводжують їх виверження.
Всі живі організми потребують азоту, але лише деякі бактерії і археї здатні споживати його безпосередньо з повітря. Сьогодні всі ми залежимо від цих мікробів, отримуючи азот, який ті перетворюють в доступні нам форми. Але звідки з’являлися ці сполуки азоту на ранній Землі, коли одноклітинних азотфіксаторів ще не було? Ймовірно, ними молоде життя забезпечили незліченні блискавки, які супроводжують виверження вулканів. Доповідь про це прозвучала на зустрічі, яка пройшла у Відні, Європейського Союзу наук про Землю (EGU).
Азот входить до складу білків і нуклеїнових кислот, а тому необхідний будь-якому живому організму – від людини до примітивних мікробів. Здавалося б, в повітрі його досить: земна атмосфера складається з азоту майже на 80 відсотків. Однак його молекули відрізняються виключно міцними потрійними зв’язками між атомами. Розірвати цей зв’язок і включити азот до складу біологічних молекул — завдання вкрай важке.
За мільярди років еволюції таку здатність виробили лише деякі бактерії — азотфіксатори, що витрачають на це великі кількості енергії. Вони переводять атмосферний азот у форми, якими можуть користуватися рослини, гриби, а з ними і інші живі організми. Але все одно цей елемент залишається дефіцитним, тому азот — наприклад, у вигляді нітратів — масово виробляють штучно і використовують в якості добрив.
Однак виникає питання про те, звідки брали азот перші живі організми на Землі. Очевидно, на планеті був інше, абіогенне джерело, не пов’язане ні з людьми, ні з азотфіксаторами. Один з можливих кандидатів на цю роль — розряди блискавок, енергії яких достатньо для розриву потрійного ковалентного зв’язку молекулярного азоту.
Відомо, що сьогодні блискавки перетворюють його в оксиди, з яких швидко виникають нітрати. Обсяги цього “виробництва” зовсім незначні в масштабах цілої планети. Але в деяких обставинах такі розряди проявляють себе куди помітніше. Зокрема, автори нової роботи звернули увагу на блискавки, які супроводжують вулканізм.
Виверження викидають в атмосферу величезні кількості газів і попелу, стимулюючи виникнення безлічі електричних розрядів. Так, всього за один день виверження індонезійського вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай у 2022 році фахівці зафіксували майже півмільйона блискавок. А якщо згадати, що в далекому минулому на Землі відбувалися неймовірно масштабні виверження, то можна зробити висновок: вони могли створювати досить значні обсяги нітратів.
Такий сценарій розглянули Ерван Мартін (Erwan Martin) і його колеги. Вчені зібрали зразки відкладень на території нинішніх Перу і Туреччини, де кілька мільйонів років тому відбувалися потужні виверження, а порівняно сухий клімат захистив нітрати від вимивання водою. Їх дійсно вдалося виявити, причому ізотопний склад цих молекул показав, що вони сформувалися в атмосфері, а не в результаті азотфіксації мікробами. За оцінками авторів нової роботи, кожне з розглянутих ними вивержень створило близько 60 мільйонів тонн нітратів.
Щось подібне цілком могло відбуватися на молодій Землі, коли планета була куди більш вулканічно активна. Можливо, блискавки виробляли інші сполуки азоту: в атмосфері того часу не було кисню, який би зв’язувався з ним, створюючи оксиди, що переходять у нітрати. Однак результатом вулканізму міг бути аміак, теж дає сполуки, які підходять для споживання живими організмами.