Begyndte livet på land i stedet for i havet?

I tre år, Tara Djokic, en ph.d. studerende ved University of New South Wales Sydney, gennemsøgte det forbudte landskab i Pilbara-regionen i det vestlige Australien og ledte efter spor til, hvordan gamle mikrober kunne have produceret de rigelige stromatolitter, der blev opdaget der i 1970'erne.

Stromatolitter er runde, flerlagede mineralstrukturer, der spænder fra størrelsen af ​​golfbolde til vejrballoner og repræsenterer det ældste bevis på, at der var levende organismer på Jorden for 3,5 milliarder år siden.

Forskere, der troede, at livet begyndte i havet, troede, at disse mineralformationer var dannet i lavvandede, salt havvand, ligesom levende stromatolitter i det verdensarvslistede område i Shark Bay, som er en to-dages kørsel fra Pilbara.

Men det, Djokic opdagede midt i regionens kvælende varme og blodrøde klipper, var bevis på, at stromatolitterne ikke var dannet i saltvand, men i stedet under forhold mere som de varme kilder i Yellowstone.

Opdagelsen skubbede tiden tilbage for fremkomsten af ​​mikrobielt liv på land med 580 millioner år og understøttede også en paradigmeskiftende hypotese, som blev opstillet af astrobiologerne fra UC Santa Cruz, David Deamer og Bruce Damer:at livet begyndte, ikke i havet, men på land.

Djokics opdagelse - sammen med forskning udført af UC Santa Cruz-teamet, Djokic, og Martin Van Kranendonk, direktør for Australian Center for Astrobiology – er beskrevet i en otte-siders forsidehistorie i augustudgaven af Scientific American .

"Hvad hun (Djokic) viste var, at det ældste fossile bevis for liv var i ferskvand, " sagde Deamer, en ranglet 78-årig, der udforskede regionen med Djokic, Damer, og Van Kranendonk i 2015. "Det er en logisk fortsættelse af livet, der begynder i et ferskvandsmiljø."

Modellen for liv, der begynder på land i stedet for i havet, kunne ikke kun omforme vores idé om livets oprindelse, og hvor det ellers kunne være, men endda ændre den måde, vi ser os selv på.

De rette betingelser for livet

I fire årtier, lige siden forskningsfartøjet Alvin opdagede hydrotermiske dybhavsåbninger, der var levesteder for specialiserede bakterier og orme, der lignede noget ud af en science fiction-roman, videnskabsmænd har teoretiseret, at disse mineral- og gaspumpende ventilationsåbninger var lige, hvad der var nødvendigt for, at livet kunne begynde.

Men Deamer, der beskriver sig selv som en videnskabsmand, der elsker at lege med nye ideer, mente, at teorien havde fejl. For eksempel, molekyler, der er afgørende for livets oprindelse, ville blive spredt for hurtigt i et stort hav, han tænkte, og salt havvand ville hæmme nogle af de processer, han vidste var nødvendige for, at livet kunne begynde.

Deamer havde brugt den tidlige del af sin karriere på at studere biofysikken af ​​membraner sammensat af sæbelignende molekyler, der danner de mikroskopiske grænser for alle levende celler. Senere, givet et stykke af Murchison-meteoritten, der var landet i Australien i 1969, Deamer fandt ud af, at rumklippen også indeholdt sæbelignende molekyler næsten 5 milliarder år gamle, som kunne danne stabile membraner. Stadig senere, han demonstrerede, at membraner hjalp små molekyler med at forbinde sig til at danne længere informationsbærende molekyler kaldet polymerer.

Trekking til vulkaner fra Rusland til Island og vandretur gennem Pilbara-ørkenen, Deamer og hans kollegers observationer af vulkansk aktivitet antydede ideen om, at varme kilder gav det rigtige miljø for livets begyndelse. Deamer byggede endda en maskine, der simulerede varmen, surhedsgrad, og våde og tørre cyklusser af varme kilder og installerede det i sit laboratorium på UC Santa Cruz campus.

"Jeg tror, en gang imellem, du skal være modig nok og modig nok til at prøve nye ideer, " sagde Deamer. "Selvfølgelig, nogle af mine kolleger synes endda "dumme nok." Men det er den chance, du tager."

Genovervejer tidslinjen

I Deamers vision, oldtidens Jord bestod af et enormt hav plettet med vulkanske landmasser. Regn ville falde på landet, skabe pools af ferskvand, der ville blive opvarmet af geotermisk energi og derefter afkølet ved afstrømning. Nogle af livets vigtigste byggesten, skabt under dannelsen af ​​vores solsystem, ville være faldet til Jorden og samlet sig i disse bassiner, bliver koncentreret nok til at danne mere komplekse organiske forbindelser.

Kanterne af bassinerne ville gå gennem perioder med befugtning og tørring, efterhånden som vandstanden steg og faldt. I disse perioder med vådt og tørt, lipidmembraner ville først hjælpe med at sy sammen de organiske forbindelser kaldet polymerer og derefter danne rum, der indkapslede forskellige sæt af disse polymerer. Membranerne ville fungere som inkubatorer for livets funktioner.

Deamer og hans team mener, at det første liv opstod fra den naturlige produktion af et stort antal af sådanne membranindkapslede "protoceller".

Mens der stadig er debat om, hvorvidt livet begyndte på land eller i havet, opdagelsen af ​​ældgamle mikrobielle fossiler på et sted som Pilbara viser, at disse geotermiske områder - fulde af energi og rige på de mineraler, der er nødvendige for livet - husede levende mikroorganismer langt tidligere end antaget.

Søgen efter liv på andre planeter

Ifølge Deamer og hans kolleger, denne opdagelse og deres hot-springs-oprindelsesmodel har også konsekvenser for søgen efter liv på andre planeter. Hvis livet begyndte på land, derefter Mars, som viste sig at have 3,65 milliarder år gamle varme kilder svarende til dem, der blev fundet i Pilbara-regionen i Australien, kan være et godt sted at kigge.

For Damer, den nye "ende-til-ende-hypotese" om, hvordan livet begyndte på land, tilbyder noget andet:at livets oprindelse ikke kun var en simpel historie om individet, konkurrerende celler. Snarere at en plausibel ny vision om livets start kunne være en fælles enhed af protoceller, der overlevede og udviklede sig gennem samarbejde og deling af innovation snarere end streng konkurrence.

"At, " han sagde, "er et grundlæggende skift, der kan påvirke, hvordan vi tænker på vores verden, os selv, og vores fremtid:lige så afhængig af samarbejde som at være drevet af konkurrence."

Sidder på sit kontor på fjerde sal på campus, Deamer smilede, da han fortalte om det brev, Charles Darwin skrev til en ven i 1871, som spekulerede i, at livet kunne være begyndt i "en eller anden varm lille dam."

Det er ikke langt fra målet, Deamer sagde, "bortset fra, at vi kalder vores 'varme små vandpytter'."