Kosmiske stråler kan have efterladt et uudsletteligt aftryk i det tidlige liv, siger fysikere

Inden der var dyr, bakterier eller endda DNA på jorden, selvreplikerende molekyler udviklede sig langsomt fra simpel materie til liv under en konstant byge af energiske partikler fra rummet.

I et nyt papir, en Stanford-professor og en tidligere postdoktoral forsker spekulerer i, at denne interaktion mellem gamle proto-organismer og kosmiske stråler kan være ansvarlig for en afgørende strukturel præference, kaldet kiralitet, i biologiske molekyler. Hvis deres idé er korrekt, det tyder på, at alt liv i hele universet kunne dele den samme kirale præference.

Kiralitet, også kendt som handness, er eksistensen af ​​spejlbilledversioner af molekyler. Ligesom venstre og højre hånd, to chirale former af et enkelt molekyle afspejler hinanden i form, men står ikke i kø, hvis de er stablet. I hvert større biomolekyle - aminosyrer, DNA, RNA - livet bruger kun en form for molekylær håndethed. Hvis spejlversionen af ​​et molekyle erstattes af den normale version i et biologisk system, systemet vil ofte fungere eller stoppe helt. I tilfælde af DNA, et enkelt forkert håndsukker ville forstyrre molekylets stabile spiralformede struktur.

Louis Pasteur opdagede først denne biologiske homokiralitet i 1848. Siden da har forskere har diskuteret, om livets rigtighed var drevet af tilfældig tilfældighed eller en ukendt deterministisk indflydelse. Pasteur antog, at hvis livet er asymmetrisk, så kan det skyldes en asymmetri i de fysiske grundlæggende vekselvirkninger, der findes i hele kosmos.

"Vi foreslår, at den biologiske håndethed, vi er vidne til nu på Jorden, skyldes evolution midt i magnetisk polariseret stråling, hvor en lille forskel i mutationshastigheden kan have fremmet udviklingen af ​​DNA-baseret liv, frem for sit spejlbillede, "sagde Noémie Globus hovedforfatter til avisen og en tidligere Koret -stipendiat ved Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC).

I deres papir, udgivet den 20. maj i Astrofysiske journalbreve , forskerne beskriver deres argument til fordel for kosmiske stråler som oprindelsen til homokiralitet. De diskuterer også potentielle eksperimenter for at teste deres hypotese.

Magnetisk polarisering fra rummet

Kosmiske stråler er en rigelig form for højenergistråling, der stammer fra forskellige kilder i hele universet, herunder stjerner og fjerne galakser. Efter at have ramt Jordens atmosfære, kosmiske stråler nedbrydes til sidst til grundlæggende partikler. På jordoverfladen, de fleste af de kosmiske stråler eksisterer kun som partikler kendt som muoner.

Muoner er ustabile partikler, eksisterer i kun 2 milliontedele af et sekund, men fordi de rejser nær lysets hastighed, de er blevet opdaget mere end 700 meter under jordens overflade. De er også magnetisk polariseret, betyder, gennemsnitlig, muoner deler alle den samme magnetiske orientering. Når muoner endelig forfalder, de producerer elektroner med den samme magnetiske polarisering. Forskerne mener, at muonens penetrationsevne gør det muligt for det og dets datterelektroner potentielt at påvirke kirale molekyler på Jorden og alle andre steder i universet.

"Vi bestråles hele tiden af ​​kosmiske stråler, "forklarede Globus, som i øjeblikket er postdoktorforsker ved New York University og Simons Foundation's Flatiron Institute. "Deres virkninger er små, men konstante alle steder på planeten, hvor livet kunne udvikle sig, og den magnetiske polarisering af muonerne og elektronerne er altid den samme. Og selv på andre planeter, kosmiske stråler ville have de samme virkninger. "

Forskernes hypotese er, at i begyndelsen af ​​livet på Jorden, denne konstante og konsekvente stråling påvirkede udviklingen af ​​de to spejl livsformer på forskellige måder, hjælpe den ene i sidste ende sejre over den anden. Disse små forskelle i mutationshastighed ville have været mest betydningsfulde, da livet begyndte, og de involverede molekyler var meget enkle og mere skrøbelige. Under disse omstændigheder, den lille, men vedvarende kirale indflydelse fra kosmiske stråler kunne have, over milliarder af generationer af evolution, produceret den eneste biologiske håndethed, vi ser i dag.

"Det ligner lidt et roulettehjul i Vegas, hvor du måske konstruerer en lille præference for de røde lommer, frem for de sorte lommer, "sagde Roger Blandford, Luke Blossom -professoren på School of Humanities and Sciences i Stanford og en forfatter på papiret. "Spil et par spil, du ville aldrig lægge mærke til det. Men hvis du spiller med dette roulettehjul i mange år, dem, der normalt satser på rødt, tjener penge, og dem, der satser på sort, taber og forsvinder. "

Klar til at blive overrasket

Globus og Blandford foreslår eksperimenter, der kan hjælpe med at bevise eller modbevise deres kosmiske strålehypotese. For eksempel, de vil gerne teste, hvordan bakterier reagerer på stråling med forskellig magnetisk polarisering.

"Eksperimenter som dette er aldrig blevet udført, og jeg er spændt på at se, hvad de lærer os. Overraskelser kommer uundgåeligt fra videre arbejde med tværfaglige emner, "sagde Globus.

Forskerne ser også frem til organiske prøver fra kometer, asteroider eller Mars for at se, om de også udviser en chiral bias.

"Denne idé forbinder grundlæggende fysik og livets oprindelse, "sagde Blandford, som også er Stanford og SLAC professor i fysik og partikelfysik og tidligere direktør for KIPAC. "Uanset om det er korrekt eller ej, at bygge bro mellem disse meget forskellige felter er spændende, og et vellykket eksperiment burde være interessant. "