Коротко и по сути — для каждой теории: что это, какие экспериментальные и палеобиологические данные её поддерживают или опровергают и какие предсказания она даёт для поиска жизни на других телах.
1) «Первичный бульон» (Миллера–Юри)
- Суть: органические мономеры синтезуются в океанах/на поверхности из неорганических газов и энергии (молния, УФ), затем конденсируют в более сложные молекулы и системы.
- Экспериментальные данные в поддержку:
- Классический эксперимент Миллера–Юри (1953): разряд в смеси $C{H}_4$, $N{H}_3$, $H_2$, $H_{2}O$ дал аминокислоты.
- Многочисленные последующие опыты показывают синтез аминокислот, нуклеобаз, липидоподобных молекул при разных газовых составах и энергиях; реакции на влажно-сухих циклах и катализ на минералах ускоряют полимеризацию.
- Ограничения / аргументы против:
- Палеатмосферные данные (палеосоли, изотопы) указывают, что ранняя атмосфера Земли скорее была не сильно восстановительной (больше $C{O}_2$/$N_2$), а не богатой $C{H}_4$ и $N{H}_3$, что уменьшает выходы синтеза в моделях Миллера–Юри.
- Проблемы концентрации и полимеризации в разбавленном океане; разрушение и рацемизация молекул; проблема перехода к информационным поли-мерным системам (РНК и т. п.).
- Хиральность: случайный синтез даёт смесь правой/левой форм, тогда как биология использует однородную сигнатуру.
- Палеобиологические связи:
- «Бульон» совместим с ранними докембрийскими свидетельствами жизни ($\sim 3.8\text{–}3.5\text{Ga}$) при условии наличия подходящих локальных сред (бассейны, прибрежные лагуны).
- Предсказания для поиска жизни:
- Жизнь легче возникнет на планетах/лунах со свободной водой на поверхности, источниками энергии (молнии, вулканизм, УФ) и временами восстановительной химии в атмосфере/локально.
- На экзопланетах — искать атмосферные биосигнатуры и органику на поверхности в условиях парциально восстановительной атмосферы или в прибрежных отложениях.
2) Гипотеза гидротермальных источников (включая «железо‑серную»/алкалинную схемы)
- Суть: жизнь возникла вблизи гидротермальных систем на дне океанов, где химические градиенты (температурные, электрохимические) и каталитические поверхности (соли, металлосульфиды, породы) обеспечивали синтез и энергетическую поддержку.
- Экспериментальные данные в поддержку:
- Открытие хемосинтетических экосистем у современных гидротермальных источников поддерживает жизнеспособность биосистем без солнечного света.
- Серия лабораторных опытов: синтез органики и коротких пептидов на поверхностях металлосульфидов; образование простых органических молекул при серпентинизации (производство $H_2$) и каталитические эффекты железо‑сульфидов.
- Теоретические и экспериментальные модели показывают, что окислительно‑восстановительные градиенты и протонные/ионные градиенты могли служить предтечами клеточных энергетических механизмов.
- Ограничения / аргументы против:
- Высокие температуры могут разрушать сложные и информационные молекулы; необходимость локальных «прохладных» ниш или циклов.
- Вопрос о том, как в таких условиях возникли длинные информационные полимеры (РНК) и замкнутые мембраны, остаётся открытым.
- Палеобиологические связи:
- Некоторые ранние микрофоссилии и метаболические сигнатуры (изотопные следы, минерализованные структуры) согласуются с хемосинтезом; ранняя жизнь могла использовать хемоавтотрофию.
- Предсказания для поиска жизни:
- Жизнь должна появляться там, где есть жидкая вода и гидротермальная активность: океанические миры (Европа, Энцелад, подповерхностные океаны крупных спутников), океаны под ледяными покровами.
- Ищут химические дисбалансы в воде (избыток $H_2$, $C{H}_4$, восстановленных соединений), органику и индикаторы метаболической активности в плевках/фильтратах (как у Энцелада), минералогические признаки гидротермализма.
3) Панспермия (включая литопанспермию и экзопанс-перенос органики/жизни)
- Суть: органические молекулы или живые структуры (споры, клетки) переносятся между небесными телами; панспермия не объясняет происхождение жизни, а лишь его распространение.
- Экспериментальные/геологические данные в поддержку:
- Карбоновые и органические молекулы в углистых хондритах (например, метеорит Murchison) — аминокислоты, нуклеобазы.
- Модели показывают, что ударная эжекция пород и последующая доставка (включая столкновения) между Землёй и Марсом возможны; найденые метеориты марсианского происхождения на Земле подтверждают обмен породами.
- Лабораторные и космические эксперименты показывают, что споры или некоторые экстремофилы могут выживать в вакууме и радиации при защите внутри камня/породы.
- Ограничения / аргументы против:
- Длительное межпланетное/межзвёздное путешествие с высокой радиацией, нагревом при входе в атмосферу и длительной экспозицией делает выживание маловероятным без сильной защиты.
- Панспермия не отвечает на вопрос о первичном возникновении жизни — лишь сдвигает проблему в другое место.
- Межзвёздная панспермия крайне маловероятна по временным и радиационным причинам; литопанспермия внутри одной системы (например, Земля↔Марс) более реалистична.
- Палеобиологические связи:
- Наличие экзогенных органических молекул в древних слоях может быть частично объяснено падением метеоритов; но ранние биосигнатуры Земли сами по себе не подтверждают автономное возникновение или привнесение.
- Предсказания для поиска жизни:
- Если панспермия действовала, жизнь на соседних телах (например, Марс, некоторые спутники) может быть генетически/биохимически близка к земной (совпадение хиральности, сходные молекулярные биомаркеры, общие биосинтетические пути).
- Нахождение идентичной хиральности и близких биомолекул на другом теле было бы косвенным указанием на распространение, а не независимое зарождение.
Краткое сопоставление и что это значит для астrobiологии
- Миллер–Юри (поверхностный путь) предсказывает: пригодные поверхности с жидкой водой, источниками энергии и локально восстановительной химией — благоприятны. Биосигнатуры — органика в прибрежных отложениях, атмосферные аномалии.
- Гидротермалы предсказывают: жизнь наиболее вероятна в подводных/подледных океанах с геохимическими градиентами; искать химическое несоответствие (избыток $H_2$, $C{H}_4$), органику в фонтанах/выбросах.
- Панспермия предсказывает: одинаковая/схожая биохимия между телами в одной системе; усиливает вероятность нахождения жизни на телах, которые подвергались обмену породами.
Вывод: ни одна теория не даёт полного и окончательного ответа; данные экспериментальны и палеобиологичны частично поддерживают разные элементы каждой модели. Для поиска жизни на других планетах полезно тестировать конкретные предсказания: молекулярные биомаркеры, хиральность, изотопные фракции и геохимические дисбалансы, а также следы гидротермальной активности и экзогенных органических веществ.