מדענים מגלים מקורות בין-כוכביים פוטנציאליים של חיים על פני כדור הארץ

לפני הופעת החיים על פני כדור הארץ, היה צורך בכימיה חיונית ליצירת מולקולות אורגניות מאבני הבניין היסודיות של חנקן, גופרית, פחמן וזרחן. כדי שהתגובות הכימיות המתאימות יתחילו ויישמרו, היסודות הללו היו צריכים להיות נוכחים בשפע – ולהתחדש כל הזמן. על כדור הארץ עצמו, לעומת זאת, היסודות הללו היו ועודם נמצאים במחסור.

למעשה, אבני הבניין היסודיות של החיים היו כה נדירות עד שתגובות כימיות היו מתישות במהירות, אם הן אכן הצליחו בכלל לצאת לדרך. גם תהליכים גיאולוגיים כמו שחיקה ובלייה של הסלעים המרכיבים את כדור הארץ לא הצליחו להבטיח אספקה ​​מספקת, שכן קרום כדור הארץ פשוט הכיל מעט מדי מהיסודות הללו. למרות זאת, ב-500 מיליון השנים הראשונות של ההיסטוריה של כדור הארץ, התפתחה כימיה פרה-ביוטית שייצרה מולקולות אורגניות כמו RNA, DNAחומצות שומן וחלבונים, שעליהם מבוססים כל החיים.

מרכיבים מהחלל החיצון?

מאיפה הגיעו הכמויות הנדרשות של גופרית, זרחן, חנקן ופחמן? הגיאולוג והעמית הנומיס קרייג וולטון משוכנע שהיסודות הללו הגיעו לכדור הארץ בעיקר כאבק קוסמי.

אבק זה נוצר בחלל, למשל כאשר אסטרואידים מתנגשים זה בזה. גם היום, כ-30,000 טונות של אבק עדיין נופלות לכדור הארץ מהחלל מדי שנה. אולם בימיו הראשונים של כדור הארץ, האבק ירד בכמויות גדולות בהרבה, בהיקף של מיליוני טונות בשנה. אולם מעל לכל, חלקיקי האבק מכילים הרבה חנקן, פחמן, גופרית וזרחן. לכן יהיה להם פוטנציאל להפעיל מפל כימי.

עם זאת, העובדה שהאבק מתפזר באופן נרחב וניתן למצוא אותו רק בכמויות קטנות מאוד בכל מקום אחד מדברת נגד זה. "אבל אם אתה כולל תהליכי הובלה, הדברים נראים אחרת", אומר וולטון. רוח, גשם או נהרות אוספים אבק קוסמי על פני שטח גדול ומפקידים אותו בצורה מרוכזת במקומות מסוימים.

דגם חדש להבהרת השאלה

כדי לגלות אם אבק קוסמי יכול להיות המקור שהניע את הכימיה הפרה-ביוטית (תגובות), וולטון פיתח מודל יחד עם עמיתים מאוניברסיטת קיימברידג'.

באמצעות המודל דימו החוקרים כמה אבק קוסמי נפל לכדור הארץ ב-500 מיליון השנים הראשונות של ההיסטוריה של כוכב הלכת שלנו והיכן הוא יכול היה להצטבר על פני כדור הארץ. המחקר שלהם פורסם כעת בכתב העת המדעי אסטרונומיה של הטבע.

המודל פותח בשיתוף פעולה עם מומחי שקיעה ואסטרופיזיקאים מאוניברסיטת קיימברידג'. החוקרים הבריטים מתמחים בסימולציה של מערכות פלנטריות ואסטרואידים.

ההדמיות שלהם מראות שיכלו להיות מקומות על כדור הארץ המוקדם עם ריכוז גבוה במיוחד של אבק קוסמי. והאספקה ​​התחדשה כל הזמן מהחלל. עם זאת, גשמי האבק ירדו במהירות ובחדות לאחר היווצרות כדור הארץ: לאחר 500 מיליון שנה, זרימת האבק הייתה קטנה בסדר גודל מאשר בשנת אפס. החוקרים מייחסים קוצים מזדמנים כלפי מעלה לאסטרואידים שהתפרקו ושלחו זנב אבק לכיוון כדור הארץ.

ממיסים חורים על יריעות קרח כמלכודות אבק

רוב המדענים, אך גם הדיוטות, מניחים שכדור הארץ היה מכוסה באוקיינוס ​​מאגמה במשך מיליוני שנים; זה היה מונע הובלה ושקיעת אבק קוסמי במשך זמן רב. "עם זאת, מחקרים עדכניים יותר מצאו ראיות לכך שפני כדור הארץ התקררו והתמצקו מהר מאוד וכי יריעות קרח גדולות נוצרו", אומר וולטון.

לפי ההדמיות, יריעות קרח אלו היו יכולות להיות הסביבה הטובה ביותר להצטברות אבק קוסמי. חורי התכה על פני הקרחון – המכונים חורים קריוקוניטים – היו מאפשרים לא רק משקעים אלא גם גרגרי אבק מהחלל להצטבר.

עם הזמן, היסודות המקבילים השתחררו מחלקיקי האבק. ברגע שריכוזם במי הקרחונים הגיע לערך סף קריטי, החלו תגובות כימיות מעצמן, שהובילו להיווצרות המולקולות האורגניות שהן מקור החיים.

יתכן בהחלט שתהליכים כימיים החלו גם בטמפרטורות הקפואות השוררות בחורי ההיתוך: "הקור אינו משבש את הכימיה האורגנית – להיפך: התגובות סלקטיביות וספציפיות יותר בטמפרטורות נמוכות מאשר בטמפרטורות גבוהות", וולטון. אומר. חוקרים אחרים הראו במעבדה כי חומצות ריבו-נוקלאיות פשוטות בצורת טבעת (RNA) נוצרות באופן ספונטני במרקים כאלה של מי נמס בטמפרטורות סביב הקפאה ולאחר מכן משכפלות את עצמן. נקודת תורפה בטיעון יכולה להיות שבטמפרטורות נמוכות, היסודות הנדרשים לבניית המולקולות האורגניות מתמוססים רק לאט מאוד מחלקיקי האבק.

ייזום ויכוח על מקור החיים

התיאוריה שהציג וולטון אינה בלתי שנויה במחלוקת בקהילה המדעית. "מחקר זה בהחלט יגרום לוויכוח מדעי שנוי במחלוקת", אומר וולטון, "אבל הוא גם יצמיח רעיונות חדשים על מקור החיים".

כבר במאות ה-18 וה-19, מדענים היו משוכנעים שמטאוריטים הביאו את "יסודות החיים", כפי שמכנה אותם וולטון, לכדור הארץ. כבר אז, חוקרים מצאו כמויות גדולות של יסודות אלה בסלעים מהחלל, אך לא בסלע כדור הארץ. "מאז, עם זאת, כמעט אף אחד לא שקל את הרעיון שהכימיה הפרה-ביוטית הופעלה בעיקר על ידי מטאוריטים", אומר וולטון.

"רעיון המטאוריט נשמע משכנע, אבל יש מלכוד", מסביר וולטון. מטאוריט בודד מספק את החומרים הללו רק בסביבה מוגבלת; המקום בו הוא פוגע בקרקע הוא אקראי, ואספקה ​​נוספת אינה מובטחת. "אני חושב שזה לא סביר שמקור החיים תלוי בכמה פיסות סלע מפוזרות באופן נרחב ואקראי", הוא אומר. "אבק קוסמי מועשר, לעומת זאת, לדעתי מהווה מקור סביר."

הצעד הבא של וולטון יהיה לבדוק את התיאוריה שלו בניסוי. במעבדה, הוא ישתמש בכלי תגובה גדולים כדי ליצור מחדש את התנאים שאולי היו שררו בחורי ההיתוך הקדומים, ואז יקבע את התנאים ההתחלתיים לאלה שכנראה היו קיימים בחור קריוקוניט לפני ארבעה מיליארד שנים – ולבסוף, חכה לראות האם אכן מתפתחות תגובות כימיות מהסוג שמייצרות מולקולות רלוונטיות ביולוגית.