חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' זיהו תהליך שנקרא גרפיטיזציה, שלדעתם יכול לייצר מולקולות חיוניות בונות חיים כמו חלבונים, פוספוליפידים ונוקלאוטידים בכדור הארץ הקדום. תהליך זה, שהודגש במחקר בכתב העת Life, מצביע על כך שהטמפרטורות הגבוהות הנובעות מהשפעות שמימיות ואינטראקציות עם ברזל ומים עשויות לפשט סביבות כימיות, ולהפוך אותן לתורמות להיווצרות המרכיבים הדרושים של החיים.
חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' מציעים כי ייתכן שמולקולות חיוניות להתפתחות החיים מקורן בתהליך שנקרא גרפיטיזציה. אם יאושר באמצעות ניסויי מעבדה, זה יכול לאפשר לנו לדמות תנאים שסביר להניח שהובילו להופעת חיים.
איך הגיעו לשם הכימיקלים הנדרשים לחיים?
זה זמן רב התווכח כיצד התנאים המקריים לכאורה לחיים נוצרו בטבע, עם השערות רבות שהגיעו למבוי סתום. עם זאת, חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' דגלו כעת כיצד תנאים אלה יכולים להתרחש, תוך יצירת המרכיבים הדרושים לחיים בכמויות משמעותיות.
החיים נשלטים על ידי מולקולות הנקראות חלבונים, פוספוליפידים ונוקלאוטידים. מחקרים קודמים מראים כי מולקולות שימושיות המכילות חנקן כמו ניטרילים – ציאנו-אצטילן(HC3N) ו מימן ציאניד(HCN) – ואיסוניטרילים – איזוציאניד(HNC) ו מתיל איזוציאניד(CH3NC) – ניתן להשתמש כדי ליצור את אבני הבניין האלה של החיים. עם זאת, עדיין לא הייתה דרך ברורה לעשות את כל אלה באותה סביבה בכמויות משמעותיות.
במחקר שפורסם לאחרונה ב חַיִים, הקבוצה גילתה כעת שבאמצעות תהליך המכונה גרפיטיזציה, ניתן ליצור תיאורטית כמויות משמעותיות של מולקולות שימושיות אלו. אם ניתן לאמת את המודל בניסוי, זה מצביע על כך שהתהליך היה צעד סביר עבור כדור הארץ המוקדם במסע שלו אל החיים.
מדוע יש סיכוי גבוה יותר שתהליך זה התרחש מאחרים?
חלק גדול מהבעיה עם דגמים קודמים, הוא שמגוון מוצרים אחרים נוצרים יחד עם הניטרילים. זה יוצר מערכת מבולגנת שמעכבת את היווצרות החיים.
"חלק גדול מהחיים הוא פשטות", אמר ד"ר פול רימר, עוזר פרופסור לאסטרופיזיקה ניסויית במעבדת קוונדיש, ומחבר שותף של המחקר. ״זה סדר. זה מוצא דרך להיפטר מחלק מהמורכבות על ידי שליטה באיזו כימיה יכולה לקרות״.
אנחנו לא מצפים שהחיים יופקו בסביבה מבולגנת. אז מה שמרתק הוא איך הגרפיטיזציה עצמה מנקה את הסביבה, מכיוון שהתהליך יוצר באופן בלעדי את הניטרילים והאיזוניטרילים הללו, עם בעיקר תוצרי לוואי אינרטיים.
ייצוג סכמטי של התרחיש שאנו מציעים כאן לייצור נקי עם תשואה גבוהה של חומרי הזנה פרה-ביוטיים. אירועים נעים בכיוון השעון מלמעלה משמאל: ראשית, לכדור הארץ יש אטמוספרה ניטרלית. זה מצטמצם בעקבות פגיעה ענקית ב-4.3 Ga על ידי חמצון של ליבת המתכת של הפוגע כדי לייצר H מסיבי2 אטמוספירה עם מתאן ואמוניה משמעותיים. אטמוספירה זו מתקררת במהירות (ב-1 קילו), כאשר הפוטוכימיה מייצרת אובך עשיר בתולין המציב חומרים אורגניים מורכבים עשירים בחנקן. חומרים אורגניים אלה נקברים בהדרגה ומוצגים בגרפיטציה על ידי אינטראקציה עם מאגמה. האווירה מתבהרת כמו H2 אובד לחלל והופך שוב לנייטרלי. לבסוף, גזים מגמטיים מקיימים אינטראקציה עם הגרפיט ומקרצפים אותם כדי לייצר תפוקות גבוהות של HCN נקי, HC3N, ואיזוניטרילים. קרדיט: אוליבר שורטל
"בהתחלה חשבנו שזה יקלקל הכל, אבל למעשה, זה עושה הכל הרבה יותר טוב. זה מנקה את הכימיה,״ אמר רימר.
המשמעות היא שגרפיטיזציה יכולה לספק את הפשטות שמדענים מחפשים, ואת הסביבה הנקייה הנדרשת לחיים.
איך התהליך עובד?
עידן ההאדים היה התקופה הקדומה ביותר בהיסטוריה של כדור הארץ, כאשר כדור הארץ היה שונה מאוד מכדור הארץ המודרני שלנו. השפעות על פסולת, לפעמים בגודל של כוכבי לכת, לא היו בלתי נשמעות. המחקר משער שכאשר כדור הארץ המוקדם נפגע על ידי עצם בגודל בערך של הירח, לפני כ-4.3 מיליארד שנים, הברזל שהוא הכיל הגיב עם מים על פני כדור הארץ.
"משהו בגודל של הירח פגע בכדור הארץ המוקדם, והוא היה מפקיד כמות גדולה של ברזל ומתכות אחרות", אמר המחבר ד"ר אוליבר שורטל, פרופסור לפילוסופיה טבעית במכון לאסטרונומיה ובמחלקה למדעי כדור הארץ בקיימברידג'.
תוצרי תגובת הברזל-מים מתעבים לזפת על פני כדור הארץ. לאחר מכן הזפת מגיבה עם מאגמה מעל 1500 מעלות צלזיוס והפחמן בזפת הופך לגרפיט – צורה יציבה ביותר של פחמן – ומה שאנו משתמשים בעופרת עיפרון מודרנית!
״ברגע שהברזל מגיב עם המים, נוצר ערפל שהיה מתעבה ומתערבב בקרום כדור הארץ. עם החימום, מה שנשאר זה, הנה, התרכובות השימושיות המכילות חנקן,' אמר שורטל.
אילו ראיות קיימות התומכות ברעיון הזה?
העדויות התומכות בתיאוריה זו נובעות בחלקן מנוכחותם של סלעים קומאטיים. Komatiite הוא סוג של סלע געשי שנוצר כאשר מאגמה חמה מאוד (מעל 1500 מעלות צלזיוס) מתקררת.
"קומאטייט נמצא במקור בדרום אפריקה. הסלעים מתוארכים לפני כ-3.5 מיליארד שנים", אמר שורטל. "באופן מכריע, אנחנו יודעים שהסלעים האלה נוצרים רק בטמפרטורות צורבות, בסביבות 1700 מעלות צלזיוס! זה אומר שהמאגמה כבר הייתה חמה מספיק כדי לחמם את הזפת וליצור את הניטרילים השימושיים שלנו.'
עם אישור הקשר, המחברים מציעים שתרכובות המכילות חנקן ייוצרו בשיטה זו – מכיוון שאנו רואים קומאטייט, אנו יודעים שהטמפרטורה של מאגמה על כדור הארץ הקדום לפעמים חייבת להיות מעל 1500 מעלות צלזיוס.
מה הלאה?
כעת על הניסויים לנסות לשחזר את התנאים הללו במעבדה, ולחקור האם המים, שנמצאים בהכרח במערכת, אוכלים את תרכובות החנקן ומפרקים אותן.
"למרות שאנחנו לא יודעים בוודאות שהמולקולות האלה התחילו את החיים על כדור הארץ, אנחנו יודעים שאבני הבניין של החיים חייבות להיות עשויות ממולקולות ששרדו במים", אמר רימר. 'אם ניסויים עתידיים יראו שהניטרילים כולם מתפרקים, אז נצטרך לחפש דרך אחרת'.
המחקר מומן על ידי Cambridge Planetary Science and Life in the Universe Grants Research.
