Det tidligste liv kan være opstået i damme, ikke oceaner

Primitive damme kan have givet et passende miljø til at brygge Jordens første livsformer op, mere end oceaner, finder en ny MIT-undersøgelse.

Forskere rapporterer, at lavvandede vandområder, i størrelsesordenen 10 centimeter dyb, kunne have holdt høje koncentrationer af, hvad mange forskere mener er en nøgleingrediens for at sætte gang i livet på Jorden:nitrogen.

I lavvandede damme, nitrogen, i form af nitrogenoxider, ville have haft en god chance for at akkumulere nok til at reagere med andre forbindelser og give anledning til de første levende organismer. I meget dybere oceaner, nitrogen ville have haft sværere ved at etablere en signifikant, livskatalyserende tilstedeværelse, siger forskerne.

"Vores overordnede budskab er, hvis du mener, at livets oprindelse krævede fast nitrogen, som mange mennesker gør, så er det svært at få livets oprindelse til at ske i havet, " siger hovedforfatter Sukrit Ranjan, en postdoc i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS). "Det er meget nemmere at få det til at ske i en dam."

Ranjan og hans kolleger har offentliggjort deres resultater i dag i tidsskriftet Geokemi, Geofysik, Geosystemer . Avisens medforfattere er Andrew Babbin, Doherty Assistant Professor i Ocean Utilization i EAPS, sammen med Zoe Todd og Dimitar Sasselov fra Harvard University, og Paul Rimmer ved Cambridge University.

At bryde et bånd

Hvis primitivt liv virkelig udsprang af en nøglereaktion, der involverede nitrogen, der er to måder, hvorpå forskere mener, at dette kunne være sket. Den første hypotese involverer det dybe hav, hvor nitrogen, i form af nitrogenoxider, kunne have reageret med kuldioxid, der boblede frem fra hydrotermiske åbninger, at danne livets første molekylære byggesten.

Den anden nitrogen-baserede hypotese for livets oprindelse involverer RNA-ribonukleinsyre, et molekyle, der i dag er med til at kode vores genetiske information. I sin primitive form, RNA var sandsynligvis et frit svævende molekyle. Ved kontakt med nitrogenoxider, nogle videnskabsmænd mener, RNA kunne være blevet kemisk induceret til at danne de første molekylære kæder i livet. Denne proces med RNA-dannelse kunne have fundet sted i enten havene eller i lavvandede søer og damme.

Nitrogenoxider blev sandsynligvis aflejret i vandmasser, inklusive oceaner og damme, som rester af nedbrydningen af ​​nitrogen i Jordens atmosfære. Atmosfærisk nitrogen består af to nitrogenmolekyler, forbundet via et stærkt tredobbelt bånd, som kun kan brydes af en ekstremt energisk begivenhed – nemlig, lyn.

"Lyn er som en virkelig intens bombe, der går af, " siger Ranjan. "Den producerer nok energi til at den bryder den tredobbelte binding i vores atmosfæriske nitrogengas, at producere nitrogenoxider, der så kan regne ned i vandområder."

Forskere mener, at der kunne have været nok lyn, der knitrede gennem den tidlige atmosfære til at producere en overflod af nitrogenholdige oxider til at give næring til livets oprindelse i havet. Ranjan siger, at forskere har antaget, at denne forsyning af lyngenererede nitrogenoxider var relativt stabil, når forbindelserne kom ind i havene.

Imidlertid, i denne nye undersøgelse, han identificerer to væsentlige "dræn, "eller effekter, der kunne have ødelagt en betydelig del af nitrogenoxider, især i havene. Han og hans kolleger kiggede den videnskabelige litteratur igennem og fandt ud af, at nitrogenoxider i vand kan nedbrydes via interaktioner med solens ultraviolette lys, og også med opløst jern, der er sløjet af fra primitive oceaniske klipper.

Ranjan siger, at både ultraviolet lys og opløst jern kunne have ødelagt en betydelig del af nitrogenoxider i havet, sender forbindelserne tilbage til atmosfæren som gasformigt nitrogen.

"Vi viste, at hvis man inkluderer disse to nye vaske, som folk ikke havde tænkt på før, som undertrykker koncentrationen af ​​nitrogenoxider i havet med en faktor 1, 000, i forhold til hvad folk beregnede før, " siger Ranjan.

"Bygger en katedral"

I havet, ultraviolet lys og opløst jern ville have gjort nitrogenholdige oxider langt mindre tilgængelige til at syntetisere levende organismer. I lavvandede damme, imidlertid, livet ville have haft en bedre chance for at tage fat. Det er primært fordi damme har meget mindre volumen, som forbindelser kan fortyndes over. Som resultat, nitrogenoxider ville have bygget op til meget højere koncentrationer i damme. Eventuelle "vaske, "såsom UV-lys og opløst jern, ville have haft mindre effekt på forbindelsens samlede koncentrationer.

Ranjan siger jo mere lavvandet dammen er, jo større chance ville nitrogenoxider have haft for at interagere med andre molekyler, og især RNA, at katalysere de første levende organismer.

"Disse damme kunne have været fra 10 til 100 centimeter dybe, med et overfladeareal på ti kvadratmeter eller større, Ranjan siger. "De ville have lignet Don Juan Pond i Antarktis i dag, som har en sommersæsondybde på omkring 10 centimeter."

Det virker måske ikke som en betydelig vandmasse, men han siger, at det netop er pointen:I miljøer, der er dybere eller større, nitrogenoxider ville simpelthen have været for fortyndet, udelukker enhver deltagelse i livets oprindelseskemi. Andre grupper har vurderet, at for omkring 3,9 milliarder år siden, lige før de første tegn på liv dukkede op på Jorden, der kan have været omkring 500 kvadratkilometer lavvandede damme og søer på verdensplan.

"Det er helt lille, sammenlignet med mængden af ​​søareal vi har i dag, " siger Ranjan. "Men, i forhold til mængden af ​​overfladeareal, som præbiotiske kemikere postulerer er påkrævet for at få livet i gang, det er ganske tilstrækkeligt."

Debatten om, hvorvidt liv opstod i damme kontra oceaner, er ikke helt løst, men Ranjan siger, at den nye undersøgelse giver et overbevisende bevis for førstnævnte.

"Denne disciplin er mindre som at vælte en række dominobrikker, og mere som at bygge en katedral, " siger Ranjan. "Der er ikke noget rigtigt 'aha'-øjeblik. Det er mere som at opbygge tålmodigt den ene observation efter den anden, og det billede, der tegner sig, er, at mange præbiotiske synteseveje ser ud til at være kemisk nemmere i damme end i havene."