At trække en linje tilbage til livets oprindelse:Grafitisering kan give enkelhed, som videnskabsmænd leder efter

Forskere ved Cambridge University antyder, at molekyler, som er afgørende for udviklingen af ​​liv, kunne være dannet ud fra en proces kendt som grafitisering. Når først det er verificeret i laboratoriet, kan det give os mulighed for at forsøge at genskabe plausible betingelser for livets opståen.

Hvordan kom de kemikalier, der kræves til livet, dertil? Det har længe været diskuteret, hvordan de tilsyneladende tilfældige betingelser for liv opstod i naturen, hvor mange hypoteser nåede blindgyder. Men forskere ved University of Cambridge har nu modelleret, hvordan disse forhold kunne opstå, hvilket producerer de nødvendige ingredienser til livet i betydelige mængder.

Livet er styret af molekyler kaldet proteiner, fosfolipider og nukleotider. Tidligere forskning tyder på, at nyttige molekyler, der indeholder nitrogen som nitriler - cyanoacetylen(HC₃ N) og hydrogencyanid(HCN)-og isonitriler-isocyanid(HNC) og methylisocyanid(CH₃ NC) - kunne bruges til at lave disse byggesten i livet. Indtil videre har der dog ikke været nogen klar måde at lave alle disse i det samme miljø i betydelige mængder.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Life , har gruppen nu fundet ud af, at gennem en proces kendt som grafitisering, kan betydelige mængder af disse nyttige molekyler teoretisk fremstilles. Hvis modellen kan verificeres eksperimentelt, tyder det på, at processen var et sandsynligt skridt for Jordens tidlige rejse mod livet.

Hvorfor er der større sandsynlighed for, at denne proces har fundet sted end andre?

Meget af problemet med tidligere modeller er, at en række andre produkter er skabt sammen med nitrilerne. Dette gør et rodet system, der hindrer dannelsen af ​​liv.

"En stor del af livet er enkelhed," sagde Dr. Paul Rimmer, assisterende professor i eksperimentel astrofysik ved Cavendish Laboratory og medforfatter af undersøgelsen. "Det er orden. Det kommer på en måde at slippe af med noget af kompleksiteten ved at kontrollere, hvilken kemi der kan ske."

Vi forventer ikke, at liv bliver produceret i et rodet miljø. Så det fascinerende er, hvordan grafitisering i sig selv renser miljøet, da processen udelukkende skaber disse nitriler og isonitriler, med for det meste inaktive biprodukter.

"Først troede vi, at dette ville ødelægge alting, men faktisk gør det alting så meget bedre. Det renser kemien," sagde Rimmer.

Det betyder, at grafitisering kan give den enkelhed, forskerne leder efter, og det rene miljø, der kræves for livet.

Hvordan fungerer processen?

Den Hadeiske eon var den tidligste periode i Jordens historie, hvor Jorden var meget anderledes end vores moderne Jord. Påvirkninger af affald, nogle gange på størrelse med planeter, var ikke uhørt. Undersøgelsen teoretiserer, at da den tidlige Jord blev ramt af et objekt, der var omtrent på størrelse med månen, for omkring 4,3 milliarder år siden, reagerede jernet, som det indeholdt, med vand på Jorden.

"Noget på størrelse med månen ramte tidligt Jorden, og det ville have aflejret en stor mængde jern og andre metaller," sagde medforfatter Dr. Oliver Shorttle, professor i naturfilosofi ved Institut for Astronomi og Institut for Jordvidenskab i Cambridge.

Produkterne fra jern-vand-reaktionen kondenserer til en tjære på Jordens overflade. Tjæren reagerer derefter med magma ved over 1500°C, og kulstoffet i tjæren bliver til grafit – en meget stabil form for kulstof – og hvad vi bruger i moderne blyantblyanter.

"Når først jernet reagerer med vandet, dannes der en tåge, som ville have kondenseret og blandet sig med jordskorpen. Ved opvarmning er det, der er tilbage, se og se, de nyttige nitrogenholdige forbindelser," sagde Shorttle.

Hvilke beviser er der til at understøtte denne idé?

Beviserne for at understøtte denne teori kommer delvist fra tilstedeværelsen af ​​komatiitiske klipper. Komatiit er en type vulkansk sten, som dannes, når meget varm magma (>1500°C) afkøles.

"Komatiite blev oprindeligt fundet i Sydafrika. Stenerne dateres tilbage til omkring 3,5 milliarder år siden," sagde Shorttle. "Det er afgørende, at vi ved, at disse sten kun dannes ved brændende temperaturer, omkring 1700°C. Det betyder, at magmaen allerede ville have været varm nok til at opvarme tjæren og skabe vores nyttige nitriler."

Med koblingen bekræftet, foreslår forfatterne, at nitrogenholdige forbindelser ville blive fremstillet via denne metode - da vi ser komatiit, ved vi, at temperaturen af ​​magma på den tidlige Jord nogle gange må have været over 1500°C.

Nu skal eksperimenter forsøge at genskabe disse forhold i laboratoriet og undersøge, om vandet, som uundgåeligt er i systemet, æder nitrogenforbindelserne op og bryder dem fra hinanden.

"Selvom vi ikke ved med sikkerhed, at disse molekyler startede livet på Jorden, ved vi, at livets byggesten skal være lavet af molekyler, der overlevede i vand," sagde Rimmer. "Hvis fremtidige eksperimenter viser, at nitrilerne alle falder fra hinanden, så bliver vi nødt til at lede efter en anden måde."

Flere oplysninger: Paul B. Rimmer et al., A Surface Hydrothermal Source of Nitriles and Isonitriles, Life (2024). DOI:10.3390/life14040498

Leveret af University of Cambridge