Η Γη έχει ηλικία περίπου 4,5 δισεκατομμυρίων ετών, και τα πιο παλαιά άμεσα απολιθωμένα ίχνη αρχαίας ζωής - τα στρωματόλιθα, ή μικροσκοπικοί οργανισμοί που διατηρούνται σε στρώματα γνωστά ως μικροβιακές στρώσεις - έχουν ηλικία περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Παρ′ όλα αυτά, κάποιοι επιστήμονες θεωρούν ότι η ζωή μπορεί να έχει ξεκινήσει ακόμη νωρίτερα, αναπτύσσοντας από οργανικά μόρια που συσσωρεύτηκαν σε πρώιμους υδάτινους όγκους, ένα μείγμα που μερικές φορές αποκαλείται αρχέγονη σούπα.
Αλλά από πού προήλθε αυτό το οργανικό υλικό; Ερευνητές πριν από αρκετές δεκαετίες πρότειναν ότι οι κεραυνοί μπορεί να προκάλεσαν χημικές αντιδράσεις στους πρώιμους ωκεανούς της Γης, παράγοντας αυθόρμητα οργανικά μόρια.
«Έχει αναγνωριστεί ότι ένας ενεργειακός καταλύτης ήταν σχεδόν σίγουρα απαραίτητος για να διευκολύνει ορισμένες από τις αντιδράσεις στην πρώιμη Γη που οδήγησαν στην προέλευση της ζωής», δήλωσε η αστροβιολόγος και γεωβιολόγος Dr. Amy J. Williams, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο τμήμα γεωεπιστημών του Πανεπιστημίου της Φλόριντα.
Για να σχηματιστούν τα αμινοξέα, χρειάζονται άτομα αζώτου που μπορούν να συνδεθούν με τον άνθρακα. Η απελευθέρωση ατόμων από το αέριο άζωτο απαιτεί τη διάσπαση ισχυρών μοριακών δεσμών και απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας, σύμφωνα με τη Williams, η οποία δεν συμμετείχε στην έρευνα.
«Η αστραπή, ή στην προκειμένη περίπτωση, η μικροαστραπή, έχει την ενέργεια να σπάσει τους μοριακούς δεσμούς και επομένως να διευκολύνει τη δημιουργία νέων μορίων που είναι κρίσιμα για την προέλευση της ζωής στη Γη», δήλωσε η Williams στο CNN.
Ομίχλη και μικροαστραπή
Για να αναπαραστήσουν ένα σενάριο που θα μπορούσε να έχει παράξει τα πρώτα οργανικά μόρια στη Γη, οι ερευνητές βασίστηκαν σε πειράματα του 1953, όταν οι Αμερικανοί χημικοί Stanley Miller και Harold Urey δημιούργησαν ένα μείγμα αερίων που προσομοίωνε την ατμόσφαιρα της αρχαίας Γης.
Οι Miller και Urey συνδύασαν αμμωνία (NH3), μεθάνιο (CH4), υδρογόνο (H2) και νερό, έκλεισαν αυτό το «ατμοσφαιρικό» μείγμα μέσα σε μια γυάλινη σφαίρα και το εκκένωσαν με ηλεκτρικό ρεύμα, παράγοντας απλά αμινοξέα που περιείχαν άνθρακα και άζωτο. Το πείραμα των Miller-Urey, όπως είναι ευρέως γνωστό, υποστήριξε τη θεωρία της αβιογένεσης: την ιδέα ότι η ζωή μπορεί να προκύψει από μη ζωντανά μόρια.
Στην καινούρια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science Advances, οι επιστήμονες αναβίωσαν τα πειράματα του 1953, αλλά εστίασαν την προσοχή τους στην ηλεκτρική δραστηριότητα σε μικρότερη κλίμακα, όπως εξήγησε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Dr. Richard Zare, καθηγητής Φυσικών Επιστημών Marguerite Blake Wilbur και καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια. Ο Zare και οι συνεργάτες του μελέτησαν τη μεταφορά ηλεκτρισμού μεταξύ φορτισμένων σταγονιδίων νερού με διάμετρο που κυμαινόταν από 1 έως 20 μικρόμετρα. (Για σύγκριση, το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας είναι 100 μικρόμετρα.)
«Τα μεγάλα σταγονίδια είναι θετικά φορτισμένα. Τα μικρά σταγονίδια είναι αρνητικά φορτισμένα», δήλωσε ο Zare στο CNN. «Όταν τα σταγονίδια που έχουν αντίθετα φορτία βρίσκονται κοντά μεταξύ τους, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταπηδήσουν από το αρνητικά φορτισμένο σταγονίδιο στο θετικά φορτισμένο σταγονίδιο».
Οι ερευνητές ανακάτεψαν αμμωνία, διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και άζωτο σε μια γυάλινη λυχνία και στη συνέχεια ψέκασαν τα αέρια με υδρατμούς, χρησιμοποιώντας μια κάμερα υψηλής ταχύτητας για να καταγράψουν αχνές λάμψεις μικροαστραπής στους ατμούς. Όταν εξέτασαν το περιεχόμενο του λαμπτήρα, βρήκαν οργανικά μόρια με δεσμούς άνθρακα-αζώτου. Σε αυτά περιλαμβάνονταν το αμινοξύ γλυκίνη και η ουρακίλη, μια νουκλεοτιδική βάση στο RNA.
«Δεν ανακαλύψαμε καμία νέα χημεία- στην πραγματικότητα αναπαραγάγαμε όλη τη χημεία που έκαναν οι Miller και Urey το 1953», δήλωσε ο Zare. Ούτε η ομάδα ανακάλυψε νέα φυσική, πρόσθεσε - τα πειράματα βασίστηκαν σε γνωστές αρχές της ηλεκτροστατικής.
«Αυτό που κάναμε, για πρώτη φορά, είναι ότι είδαμε ότι τα μικρά σταγονίδια, όταν σχηματίζονται από το νερό, εκπέμπουν πραγματικά φως και παίρνουν αυτή τη σπίθα», δήλωσε ο Zare. «Αυτό είναι καινούργιο. Και αυτή η σπίθα προκαλεί όλους τους τύπους χημικών μετασχηματισμών».
Νερό και ζωή
Ο κεραυνός είναι μια δραματική επίδειξη ηλεκτρικής δύναμης, αλλά είναι επίσης σποραδικός και απρόβλεπτος. Ακόμη και σε μια ασταθή Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, οι αστραπές μπορεί να ήταν πολύ σπάνιες για να παράγουν αμινοξέα σε ποσότητες επαρκείς για τη ζωή - γεγονός που έχει θέσει υπό αμφισβήτηση τέτοιες θεωρίες στο παρελθόν, δήλωσε ο Zare.
Ο ψεκασμός νερού, ωστόσο, θα ήταν πιο συχνός από τον κεραυνό. Ένα πιο πιθανό σενάριο είναι ότι οι μικροαστραπές που δημιουργούνταν από την ομίχλη έφερναν συνεχώς αμινοξέα στην ύπαρξη από λίμνες και λακκούβες, όπου τα μόρια θα μπορούσαν να συσσωρευτούν και να σχηματίσουν πιο πολύπλοκα μόρια, οδηγώντας τελικά στην εξέλιξη της ζωής.
«Μικροεκφορτίσεις μεταξύ προφανώς φορτισμένων μικροσταγονιδίων νερού δημιουργούν όλα τα οργανικά μόρια που παρατηρήθηκαν προηγουμένως στο πείραμα Miller-Urey», δήλωσε ο Zare. «Υποστηρίζουμε ότι αυτός είναι ένας νέος μηχανισμός για την προβιοτική σύνθεση των μορίων που αποτελούν τα δομικά στοιχεία της ζωής».
Ωστόσο, ακόμη και με τα νέα ευρήματα για τις μικροαστραπές, παραμένουν ερωτήματα σχετικά με την προέλευση της ζωής, πρόσθεσε. Ενώ ορισμένοι επιστήμονες υποστηρίζουν την ιδέα των ηλεκτρικά φορτισμένων απαρχών για τα πρώτα δομικά στοιχεία της ζωής, μια εναλλακτική υπόθεση αβιογένεσης προτείνει ότι τα πρώτα αμινοξέα της Γης δημιουργήθηκαν γύρω από υδροθερμικές οπές στον πυθμένα της θάλασσας, οι οποίες δημιουργήθηκαν από έναν συνδυασμό θαλασσινού νερού, υγρών πλούσιων σε υδρογόνο και ακραίας πίεσης.
Μια άλλη υπόθεση υποστηρίζει ότι τα οργανικά μόρια δεν προήλθαν καθόλου από τη Γη. Αντίθετα, σχηματίστηκαν στο διάστημα και μεταφέρθηκαν εδώ από κομήτες ή θραύσματα αστεροειδών, μια διαδικασία γνωστή ως πανσπερμία.
«Ακόμα δεν γνωρίζουμε την απάντηση σε αυτό το ερώτημα», δήλωσε ο Zare. «Αλλά νομίζω ότι είμαστε πιο κοντά στο να κατανοήσουμε κάτι περισσότερο για το τι θα μπορούσε να έχει συμβεί».
Αν και οι λεπτομέρειες της προέλευσης της ζωής στη Γη μπορεί να μην εξηγηθούν ποτέ πλήρως, «αυτή η μελέτη παρέχει μια άλλη οδό για το σχηματισμό μορίων που είναι κρίσιμα για την προέλευση της ζωής», δήλωσε η Williams. «Το νερό είναι μια πανταχού παρούσα πτυχή του κόσμου μας, γεγονός που έδωσε το παρατσούκλι Γαλάζιο Μάρμαρο στη Γη, περιγράφοντας την εικόνα της από το διάστημα. Ίσως το νερό, το πιο κρίσιμο στοιχείο που μας συντηρεί, να έπαιξε επίσης μεγαλύτερο ρόλο στην προέλευση της ζωής στη Γη από ό,τι αναγνωρίζαμε προηγουμένως».
Πηγή: CNN