211service.com
Jak uderzenia pioruna mogą wyjaśnić pochodzenie życia — na Ziemi i gdzie indziej?
Johannes Plenio/Pexels
Poszukiwanie życia na innych planetach przypomina gotowanie. (Wytrzymaj ze mną przez chwilę.) Możesz mieć wszystkie składniki w jednym miejscu – wodę, ciepły klimat i gęstą atmosferę, odpowiednie składniki odżywcze, materiał organiczny i źródło energii – ale jeśli nie masz żadnych procesów lub warunki, które faktycznie mogą coś zrobić z tymi składnikami, po prostu masz mnóstwo surowców, które prowadzą donikąd.
Czasami więc życie potrzebuje iskry inspiracji – a może nawet kilku bilionów. Nowe badanie opublikowane w Nature Communications sugeruje, że błyskawica mogła być kluczowym elementem w udostępnianiu fosforu organizmom, gdy życie na Ziemi pojawiło się po raz pierwszy około 3,5 miliarda lat temu. Fosfor jest niezbędny do tworzenia DNA, RNA, ATP (źródła energii wszelkiego znanego życia) i innych składników biologicznych, takich jak błony komórkowe.
To badanie było w rzeczywistości szczęśliwym odkryciem, mówi Benjamin Hess, badacz z Yale University i główny autor nowego artykułu. Otwiera nowe możliwości dla znalezienie życia na planetach podobnych do Ziemi .
To nie pierwszy raz, kiedy piorun został zasugerowany jako istotny element tego, co umożliwiło życie na Ziemi. Eksperymenty laboratoryjne wykazały, że materiały organiczne wytwarzane przez błyskawice mogły zawierać związki prekursorowe, takie jak aminokwasy (które mogą łączyć się, tworząc białka).
To nowe badanie omawia rolę pioruna w inny sposób. Wielkie pytanie, nad którym naukowcy zawsze zastanawiali się, dotyczy sposobu, w jaki wczesne życie na Ziemi uzyskiwało dostęp do fosforu. Chociaż miliardy lat temu było mnóstwo wody i dwutlenku węgla do pracy, fosfor był owinięty w nierozpuszczalne, niereaktywne skały. Innymi słowy, fosfor został w zasadzie zamknięty na dobre.
Jak organizmy uzyskały dostęp do tego niezbędnego pierwiastka? Dominująca teoria głosi, że meteoryty dostarczają na Ziemię fosfor w postaci minerału zwanego schreiberytem, który może rozpuszczać się w wodzie, dzięki czemu jest łatwo dostępny dla form życia. Dużym problemem związanym z tym pomysłem jest to, że kiedy życie zaczęło się ponad 3,5 do 4,5 miliarda lat temu, uderzenia meteorytów zmniejszały się wykładniczo. Planeta potrzebowała dużo schreiberytu zawierającego fosfor, aby podtrzymać życie. Uderzenia meteorytów byłyby również wystarczająco destrukcyjne, aby, no cóż, przedwcześnie zabić rodzące się życie (patrz: dinozaury) lub odparować większość dostarczanego schreiberytu.
Hess i jego koledzy uważają, że znaleźli rozwiązanie. Schreibersite znajduje się również w materiałach szklanych zwanych fulgurytami, które powstają, gdy światło uderza w Ziemię. Kiedy tworzy się fulguryt, zawiera fosfor ze skał lądowych. I jest rozpuszczalny w wodzie.
Autorzy nowego badania zebrali fulguryt, który został wytworzony przez światło uderzające w ziemię w Illinois w 2016 roku, początkowo tylko po to, aby zbadać skutki ekstremalnego nagrzewania się błysku, jak zachowały się w tego rodzaju próbkach. Odkryli, że próbka fulgurytu została wykonana z 0,4% schreiberytu.
Od tego momentu wystarczyło tylko obliczyć, ile schreiberytu mogło wytworzyć piorun miliardy lat temu, mniej więcej w czasie, gdy na Ziemi pojawiło się pierwsze życie. Istnieje bogata literatura szacująca dawne poziomy atmosferycznego dwutlenku węgla, który jest czynnikiem przyczyniającym się do uderzeń piorunów. Uzbrojony w wiedzę o tym, jak trendy dwutlenku węgla korelują z uderzeniami piorunów, zespół wykorzystał te dane do określenia, jaka intensywność wyładowań atmosferycznych była wtedy rozpowszechniona.
Hess i jego koledzy ustalili, że biliony uderzeń piorunów mogły wyprodukować od 110 do 11 000 kilogramów schreiberytu każdego roku. Przez ten czas aktywność ta powinna zapewnić wystarczającą ilość fosforu, aby zachęcić żywe organizmy do wzrostu i reprodukcji – i znacznie więcej, niż byłoby to spowodowane uderzeniami meteorytów.
To interesująca rzecz do zrozumienia historii Ziemi, ale otwiera też nowe spojrzenie na myślenie o życiu gdzie indziej. Jest to mechanizm, który może działać na planetach, na których uderzenia meteorytów stały się rzadkie, mówi Hess. Ten model wyładowania przez życie jest ograniczony do środowisk z płytkimi wodami — piorun musi wytwarzać piorunochrony w miejscach, w których może się prawidłowo rozpuścić, aby uwolnić fosfor, ale gdzie nie zostanie utracony w ogromnym zbiorniku wodnym. Ale ten limit niekoniecznie musi być złą rzeczą. W czasach, gdy astrobiologia ma obsesję na punkcie światów oceanicznych, badanie skupia się z powrotem na miejscach takich jak Mars, które nie zostały zanurzone w globalnych wodach.
Żeby było jasne, badanie nie sugeruje, że uderzenia meteorytów nie odgrywają żadnej roli w udostępnianiu fosforu życiu. Hess podkreśla, że inne mechanizmy, takie jak kominy hydrotermalne, mogą po prostu ominąć potrzebę meteorytów lub wyładowań atmosferycznych.
I wreszcie, ponad 3,5 miliarda lat temu Ziemia nie wyglądała tak jak dzisiaj. Nie jest do końca jasne, czy skała była wystawiona na działanie powietrza – gdzie mogła zostać uderzona przez piorun i doprowadzić do produkcji schreiberytu – aby udostępnić fosfor.
Hess pozwoli innym naukowcom zająć się tymi pytaniami, ponieważ badania wykraczają poza jego normalną pracę. Ale mam nadzieję, że to sprawi, że ludzie zwrócą uwagę na piorunochrony i będą dalej testować żywotność tych mechanizmów, mówi. Mam nadzieję, że nasze badania pomogą nam w rozważaniu, czy szukać życia w płytkich środowiskach wodnych, jakimi obecnie jesteśmy na Marsie.