Космохимия изучает химический состав небесных тел и процессы, которые формируют элементы и соединения в космосе. Центральным вопросом является понимание того, каким образом химические элементы, синтезированные в звездах и во время катастрофических космических событий, могли способствовать возникновению жизни на Земле. Основу биосферы составляют углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера — элементы, синтезированные преимущественно в звездах различного типа, а затем распределённые в межзвёздной среде посредством сверхновых и звездных ветров.
В холодных межзвёздных облаках выявлены сложные органические молекулы, включая аминокислоты, простые сахара и нуклеотидные основания. Эти соединения образуются на поверхности пылевых частиц через последовательность процессов:
Считается, что метеориты класса карбонатитов и хондритов могли доставлять на раннюю Землю значительное количество этих органических молекул, включая аминокислоты с гомохиральной предрасположенностью, наблюдаемой в биосфере.
После падения метеоритов и кометных веществ на поверхность молодой Земли, пребиотические соединения подвергались дальнейшей химической эволюции:
Особое значение имел цикл «сушка–увлажнение», при котором аминокислоты могли образовывать пептиды, а нуклеотиды — короткие олигонуклеотиды.
Переход от химических соединений к функциональным биомолекулам включал несколько ключевых этапов:
Ключевым фактором было наличие энергии, получаемой от ультрафиолетового излучения, вулканизма, электрических разрядов и радиации. Энергетический поток обеспечивал преодоление кинетических барьеров и стимулировал образование высокоэнергетических связей.
Доставка химических предшественников жизни с помощью космических объектов, таких как кометы, астероиды и межпланетная пыль, подтверждается анализом органических соединений в карбонатных хондритах. Существование аминокислот, сахаров и их стереоспецифичность указывает на то, что процессы формирования биомолекул начинались задолго до появления жизни на Земле.
Хиральность биомолекул рассматривается как прямое следствие космических условий. Электромагнитное излучение нейтронных звёзд и асимметричное рассеяние света в межзвёздной среде могли индуцировать неравномерное распределение D- и L-форм аминокислот. Это стало фундаментом для эволюции ферментативной специфичности и формирования первых полипептидных систем.
Ранние гидротермальные системы и приливные бассейны создавали геохимические градиенты, критически важные для концентрации органических молекул и формирования протобиологических комплексов. Соединение экзогенной органики с местной геохимией приводило к накоплению функциональных макромолекул в микросредах, что стало первичной формой «химической биосферы».
Современные модели происхождения жизни опираются на сочетание космических и планетарных источников органики:
В результате взаимодействия этих факторов формируются первые протобиологические системы, способные к самовоспроизведению и каталитической активности, что обеспечивает химическую преемственность и подготовку к возникновению жизни.