Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ εντόπισαν μια διαδικασία που ονομάζεται γραφιτοποίηση, η οποία θεωρούν ότι θα μπορούσε να παράγει μόρια απαραίτητα για την οικοδόμηση της ζωής, όπως πρωτεΐνες, φωσφολιπίδια και νουκλεοτίδια στην πρώιμη Γη. Αυτή η διαδικασία, που τονίστηκε σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Life, υποδηλώνει ότι οι υψηλές θερμοκρασίες που προκύπτουν από ουράνιες επιρροές και αλληλεπιδράσεις με το σίδηρο και το νερό θα μπορούσαν να εξορθολογίσουν τα χημικά περιβάλλοντα, καθιστώντας τα ευνοϊκά για το σχηματισμό συστατικών απαραίτητων για τη ζωή.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ προτείνουν ότι μόρια απαραίτητα για την εξέλιξη της ζωής μπορεί να έχουν προκύψει από μια διαδικασία που ονομάζεται γραφιτοποίηση. Εάν αυτό επιβεβαιωθεί μέσω εργαστηριακών πειραμάτων, μπορεί να μας επιτρέψει να προσομοιώσουμε τις συνθήκες που πιθανότατα οδήγησαν στη ζωή.
Πώς έφτασαν εκεί τα χημικά που χρειάζονται για τη ζωή;
Το πώς προέκυψαν στη φύση οι φαινομενικά άβολες συνθήκες για τη ζωή έχει συζητηθεί εδώ και καιρό, με πολλές υποθέσεις να φτάνουν σε αδιέξοδα. Ωστόσο, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ έχουν τώρα μοντελοποιήσει πώς συμβαίνουν αυτές οι συνθήκες, παράγοντας τα συστατικά που είναι απαραίτητα για τη ζωή σε μεγάλες ποσότητες.
Η ζωή διέπεται από μόρια που ονομάζονται πρωτεΐνες, φωσφολιπίδια και νουκλεοτίδια. Προηγούμενη έρευνα δείχνει ότι τα ευεργετικά μόρια που περιέχουν άζωτο όπως το νιτρίλιο – Κυανοακετυλένιο(HC3N) και Υδροκυάνιο(HCN) – και ισονιτρίλιο – Ισοκυανίδιο(HNC) και Μεθυλοϊσοκυανίδιο(CH3NC) – Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αυτών των βασικών στοιχείων της ζωής. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει προφανής τρόπος να γίνουν όλα αυτά τα πράγματα στο ίδιο περιβάλλον σε μεγάλες ποσότητες.
Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο ΖΩΗΗ ομάδα ανακάλυψε τώρα ότι, μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως γραφίτης, μπορούν θεωρητικά να συντεθούν μεγάλες ποσότητες από αυτά τα ευεργετικά μόρια. Εάν το μοντέλο μπορεί να επαληθευτεί πειραματικά, θα υποδηλώνει ότι η διαδικασία ήταν ένα πιθανό πρώιμο βήμα της Γης στο ταξίδι της προς τη ζωή.
Γιατί είναι πιο πιθανό να συμβεί αυτή η διαδικασία από άλλες;
Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τα προηγούμενα μοντέλα είναι ότι μαζί με το νιτρίλιο δημιουργούνται πολλά άλλα προϊόντα. Αυτό δημιουργεί ένα χαοτικό σύστημα που εμποδίζει το σχηματισμό της ζωής.
«Ένα μεγάλο μέρος της ζωής είναι η απλότητα», είπε ο Δρ. Paul Remer, επίκουρος καθηγητής πειραματικής αστροφυσικής στο Cavendish Laboratory και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Είναι το σύστημα». Έχουμε βρει έναν τρόπο να εξαλείψουμε μέρος της πολυπλοκότητας ελέγχοντας τι μπορεί να συμβεί στη χημεία.
Δεν περιμένουμε ότι η ζωή θα παράγεται σε ένα χαοτικό περιβάλλον. Έτσι, αυτό που είναι εκπληκτικό είναι πώς ο ίδιος ο γραφίτης καθαρίζει το περιβάλλον, καθώς η διαδικασία παράγει αποκλειστικά αυτά τα νιτρίλια και ισονιτρίλια, με κυρίως αδρανή παραπροϊόντα.
Μια σχηματική αναπαράσταση του σεναρίου που προτείνουμε εδώ για την παραγωγή καθαρών πρεβιοτικών πρώτων υλών υψηλής απόδοσης. Τα συμβάντα κινούνται δεξιόστροφα από πάνω αριστερά: Πρώτον, η Γη έχει ουδέτερη ατμόσφαιρα. Αυτό μειώνεται μετά από μια γιγαντιαία πρόσκρουση 4,3 G με την οξείδωση του μεταλλικού πυρήνα του επιταχυντή για την παραγωγή μιας τεράστιας ποσότητας υδρογόνου.2 Ατμόσφαιρα με μεγάλες ποσότητες μεθανίου και αμμωνίας. Αυτή η ατμόσφαιρα ψύχεται γρήγορα (σε λιγότερο από ένα χρόνο) και η φωτοχημεία παράγει μια πλούσια σε θολίνη ομίχλη που εναποθέτει σύνθετα, πλούσια σε άζωτο οργανικά υλικά. Αυτά τα οργανικά υλικά θάβονται σταδιακά και έλκονται από την αλληλεπίδραση με το μάγμα. Οι ουρανοί γίνονται καθαροί καθώς το H2 Χάνεται στο διάστημα και γίνεται ξανά ουδέτερο. Τέλος, τα τηγμένα αέρια αντιδρούν με τον γραφίτη και τρίβονται για να παράγουν υψηλές ποσότητες καθαρού HCN και HC3Ν, ισονιτρίλιο. Πίστωση: Oliver Shortle
«Στην αρχή, πιστεύαμε ότι αυτό θα κατέστρεφε τα πάντα, αλλά στην πραγματικότητα τα κάνει όλα πολύ καλύτερα, καθαρίζει τη χημεία», είπε ο Rimmer.
Αυτό σημαίνει ότι ο γραφίτης θα μπορούσε να προσφέρει την απλότητα που αναζητούν οι επιστήμονες και το καθαρό περιβάλλον που απαιτείται για τη ζωή.
Πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία;
Η εποχή του Αδαίου ήταν η αρχαιότερη περίοδος στην ιστορία της Γης, όταν η Γη ήταν πολύ διαφορετική από τη σύγχρονη Γη μας. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι συνέβησαν συγκρούσεις με συντρίμμια, μερικές φορές στο μέγεθος των πλανητών. Η μελέτη υποστηρίζει ότι όταν η πρώιμη Γη συγκρούστηκε με ένα αντικείμενο περίπου στο μέγεθος της Σελήνης, περίπου πριν από 4,3 δισεκατομμύρια χρόνια, ο σίδηρος σε αυτήν αλληλεπιδρά με το νερό στη Γη.
Ο συν-συγγραφέας Dr Oliver Shortle, Καθηγητής Φυσικής Φιλοσοφίας στο Ινστιτούτο Αστρονομίας και Τμήμα Επιστημών της Γης στο Cambridge, είπε: «Κάτι στο μέγεθος της Σελήνης χτύπησε τη Γη νωρίς και θα είχε εναποθέσει μεγάλη ποσότητα σιδήρου και άλλων μετάλλων. '
Τα προϊόντα αντίδρασης του σιδήρου και του νερού συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν πίσσα στην επιφάνεια της γης. Στη συνέχεια, η πίσσα αντιδρά με το μάγμα σε θερμοκρασία άνω των 1500°C και ο άνθρακας στην πίσσα μετατρέπεται σε γραφίτη – μια πολύ σταθερή μορφή άνθρακα – που είναι αυτό που χρησιμοποιούμε στα σύγχρονα μολύβια!
Μόλις ο σίδηρος αντιδράσει με το νερό, σχηματίζεται ομίχλη που συμπυκνώνεται και αναμιγνύεται με τον φλοιό της Γης. «Όταν θερμαίνεται, αυτό που μένει πίσω είναι οι ευεργετικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο», είπε ο Shortell.
Ποια στοιχεία υπάρχουν για να υποστηρίξουν αυτήν την ιδέα;
Τα στοιχεία που υποστηρίζουν αυτή τη θεωρία προέρχονται εν μέρει από την παρουσία κομματιτικών πετρωμάτων. Ο κοματίτης είναι ένας τύπος πυριγενούς πετρώματος που σχηματίζεται όταν ψύχεται πολύ ζεστό μάγμα (>1500°C).
Το Komatite βρέθηκε αρχικά στη Νότια Αφρική. «Οι βράχοι χρονολογούνται πριν από περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια», είπε ο Shortell. «Το πιο σημαντικό, γνωρίζουμε ότι αυτοί οι βράχοι σχηματίζονται μόνο σε ακραίες θερμοκρασίες, περίπου 1.700 βαθμούς Κελσίου!» Αυτό σημαίνει ότι το μάγμα ήταν ήδη αρκετά ζεστό για να θερμάνει την πίσσα και να σχηματίσει το χρήσιμο νιτρίλιο.
Με τη σύνδεση επιβεβαιωμένη, οι συγγραφείς προτείνουν ότι οι ενώσεις που περιέχουν άζωτο θα συντεθούν μέσω αυτής της μεθόδου. Εφόσον βλέπουμε κοματίτη, γνωρίζουμε ότι η θερμοκρασία του μάγματος στην πρώιμη Γη ήταν μερικές φορές πάνω από 1.500 βαθμούς Κελσίου.
Τι τότε?
Τώρα τα πειράματα πρέπει να προσπαθήσουν να αναδημιουργήσουν αυτές τις συνθήκες στο εργαστήριο και να μελετήσουν εάν το νερό, που αναπόφευκτα υπάρχει στο σύστημα, τρώει τις ενώσεις του αζώτου, διασπώντας τις.
«Αν και δεν γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι αυτά τα μόρια ξεκίνησαν τη ζωή στη Γη, γνωρίζουμε ότι τα δομικά στοιχεία της ζωής πρέπει να ήταν φτιαγμένα από μόρια που επιβίωσαν στο νερό», είπε ο Ράιμερ. «Εάν μελλοντικά πειράματα δείξουν ότι το νιτρίλιο διασπάται, θα πρέπει να αναζητήσουμε μια διαφορετική μέθοδο».
Παραπομπή: «Επιφανειακή υδροθερμική πηγή νιτριλίου και ισονιτριλίου» από τους Paul P. Remer και Oliver Shortell, 10 Απριλίου 2024, ΖΩΗ.
doi: 10.3390/life14040498
Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από μια επιχορήγηση του Cambridge Research Grant for Planetary Science and Life in the Universe.