Nowy scenariusz powstania życia

Naukowcy zaproponowali nowy scenariusz powstawania pierwszych cegiełek potrzebnych dla narodzenia się życia na Ziemi. Wpływ na ten proces mogło mieć żelazo z meteorytów i popiołów wulkanicznych. Wyniki badań przedstawiono w czasopiśmie "Scientific Reports".

Badacze z niemieckich instytucji Max Planck Institute for Astronomy oraz Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium pokazali eksperymentalnie, w jaki sposób żelazo pochodzące z meteorytów i popiołów wulkanicznych mogło służyć jako katalizator do przekształcenia bogatej w dwutlenek węgla wczesnej atmosfery Ziemi w składniki budulcowe potrzebne do wykształcenia się życia. W eksperymentach laboratoryjnych jako składnika używano odpowiedniego źródła żelaza. W różnych wersjach doświadczeń było to żelazo z meteorytów żelaznych, z meteorytów kamiennych zawierających żelazo albo z popiołów wulkanicznych z Etny.

Następnie mieszano żelazo z różnymi minerałami - takimi, które mogły występować na wczesnej Ziemi. Minerały pełniły funkcję struktury wspierającej. Z kolei dla żelaza, będącego katalizatorem, stosowano różne rozmiary. Na przykład rozpuszczając materiał meteorytowy w kwasie uzyskiwano cząstki wielkości nanometra. Z kolei umieszczając materiał meteorytowy lub popiół wulkaniczny w młynie kulowym na 15 minut, produkowano cząstki mikrometrowe.

Jako ostatni krok w każdym eksperymencie miksturę wkładano w komorę pod ciśnieniem, wypełnioną głównie dwutlenkiem węgla oraz cząsteczkami wodoru, symulując warunki atmosferyczne we wczesnym etapie istnienia Ziemi. W efekcie, dzięki żelazu jako katalizatorowi, formowały się składniki organiczne takie jak metanol, etanol, aldehyd octowy i formaldehyd. Te dwa ostatnie składniki są szczególnie istotnymi cegiełkami do powstania kwasów tłuszczowych, zasad nukleinowych, cukrów i aminokwasów. Naukowcy podkreślają, że w eksperymencie reakcje zachodziły przy szerokim zakresie ciśnień i temperatur.

Według aktualnej wiedzy, życie na Ziemi powstało od 400 do 700 milionów lat po uformowaniu się naszej planety. Wydaje się to względnie szybko, w porównaniu do 2 miliardów lat potrzebnych do wykształcenia się właściwych komórek. Pierwszym etapem w drodze do narodzin życia jest wytworzenie cząsteczek organicznych, które mogą stanowić budulec dla organizmów. Opisywane badania przedstawiają nowy sposób na powstawanie składników organicznych w warunkach, jakie panowały na wczesnej Ziemi.

Według grupy badawczej, kluczową rolę miało żelazo z meteorytów działające jako katalizator. Katalizatory to substancje, które przyspieszają reakcje chemiczne, ale nie są w tym procesie zużywane. Można je porównać do narzędzi ułatwiających skonstruowanie samochodu. Gdy samochód jest gotowy, tych samych narzędzi można użyć do zbudowania kolejnego.

Żelazo z meteorytów może więc stanowić kolejną możliwość powstawania cegiełek potrzebnych do uformowania się życia. Inne potencjalne mechanizmy to na przykład synteza materii organicznej w pobliżu gorących kominów hydrotermalnych na dnie oceanicznym albo wyładowania elektryczne w atmosferze bogatej w metan. Są też hipotezy wskazujące na możliwość dotarcia na Ziemię związków organicznych z kosmosu, transportowanych przez komety lub planetoidy.

Opisane badania przeprowadzili Sophia Peters, Dmitry A. Semenov, Rupert Hochleitner oraz Oliver Trapp.