Ученые получили первое свидетельство химической реакции, которая могла запустить процесс создания жизни на земле

Ученые наконец нашли убедительное доказательство того, что подводные гидротермальные системы могут преобразовывать инертный азот в строительный блок ДНК — аммоний — настолько быстро, что могли насытить первобытные океаны всего за 250 000 лет. Ранее это предсказывали теоретически, но не наблюдали.

Иллюстративное изображение, сгенерированное нейросетью

Ученые десятилетиями знали, что подводные вулканы теоретически могут создавать аммиак — соединение, необходимое для построения белков и ДНК, но никогда не находили убедительного доказательства этого в природе.

Новое исследование скальных образцов, пробуренных под Южно-Китайским морем, наконец разрешило эту дилемму, подтвердив, что горячие подводные гидротермальные системы могут преобразовывать азотный газ в доступную для живых существ форму без помощи со стороны живых существ.

Это выяснило исследование, опубликованное в журнале Nature Communications 28 ноября 2025 года, которое проводилось под руководством Лонга Ли (Университет Альберты) и Жэнь Суня (Китайская академия наук).

Этот процесс, называемый абиотическим восстановлением азота (ANR), происходит с такой интенсивностью, что мог бы насытить первобытные океаны жизненно важным азотом всего за 250 000 лет. В геологических терминах это очень быстро.

Абиотическое восстановление азота долгое время оставалось теоретическим явлением, несмотря на то, что лабораторные эксперименты подтверждали, что подводные вулканические системы могут превращать азотный газ в аммиак. Главная причина, по которой ученые не могли обнаружить этот процесс, заключалась в том, что химический «отпечаток» абиотической реакции обычно стирается по мере того, как жидкости, несущие аммиак, поднимаются с глубины. На этом пути они смешиваются с поверхностными водами, содержащими аммиак биологического происхождения от органики или морской воды.

Команда исследователей решила эту проблему, проанализировав гидротермальные жилы — заполненные минералами трещины, которые сформировались глубоко в океанической коре. Эти жилы действовали как временные капсулы, сохраняя химические следы жидкостей до того, как они смогли загрязниться биологическим азотом.

Расположение скважины IODP U1502B и ее литология по глубине, концентрация азота (N), молярные отношения N/K и N/Na, а также значения δ¹⁵N измененных базальтов и гидротермальных жил. На карте расположения штрих-пунктирные линии обозначают линеаменты магнитных аномалий. Обратите внимание на изменение масштаба в соотношениях N/K и N/Na, обозначенное пунктирными линиями. Источник: Nature communications / Abiotic N₂ reduction in submarine hydrothermal systems could quickly fertilize prebiotic oceans (Yu et al., 2025).

Анализ гидротермальных жил из скважины U1502B выявил безошибочную химическую подпись азота. Эта подпись основана на соотношении двух разновидностей атомов азота — более легкой и более тяжелой, которые функционируют как изотопный «отпечаток пальца», что позволяет определить происхождение соединения.

Азот из биологических источников имеет характерный отпечаток, который легко распознать. Образцы из жил демонстрировали, что азот был намного легче того, который мог бы быть получен в результате биологических процессов.

Этот «легкий» отпечаток в пробах из гидротермальных жил соответствует тому, что теория прогнозирует для реакции ANR, и доказывает ее небиологическое происхождение. Химическая реакция, которая происходит при столкновении азотного газа с богатыми железом минералами под воздействием высоких температур, вызывает сортировку азота по весу. Более легкие атомы азота (14N) реагируют более охотно, чем более тяжелые (15N). В результате образованный продукт — аммоний (NH4+​) — концентрирует в себе более легкие атомы.

По мере приближения к поверхности азот постепенно становится более тяжелым и менее концентрированным, что соответствует границе смешивания абиотических и биологических жидкостей.

Значение этого открытия колоссально для понимания происхождения жизни. На ранних этапах существования Земли, до появления жизни, океаны, вероятно, содержали очень мало азота в пригодной для использования форме.

Оценочные темпы производства аммония через ANR позволяют предположить, что первобытные океаны могли накопить достаточно растворенного азота, чтобы достичь современных уровней, всего за 250 000 лет.

Схематическое изображение (масштаб не сохранен) абиотического восстановления N₂ в глубинных флюидах, смешивания морской воды с глубинными флюидами и изменения океанической коры в гидротермальных системах срединно-океанических хребтов. Источник: Nature Communications / Yu et al., 2025

Помимо обеспечения ключевого питательного вещества для самых ранних организмов, аммиак, как известно, действует как парниковый газ. Таким образом, этот процесс мог помочь согреть планету под негорячим ранним Солнцем (так называемый парадокс «слабого молодого Солнца»). Аналогичные сигнатуры легкого азота нашли в минералах возрастом 3,5 миллиарда лет, что свидетельствует о том, что ANR работал еще тогда, когда жизнь только зарождалась.

Открытие успешно закрыло разрыв, который существовал десятилетиями, и подтвердило, что это геологический процесс.

Комментарии к статье