آسمان اولیه زمین ممکن است اولین مواد اولیه زندگی را تولید کرده باشد
آسمان باستانی زمین ممکن است نقش بزرگتری در آغاز حیات داشته باشد نسبت به آنچه پیش از این دانشمندان تصور میکردند.
طبق مطالعهای که در تاریخ ۱ دسامبر در نشریهٔ آکادمی ملی علوم منتشر شده است، پژوهشگران از دانشگاه کولورادو بولدر و همکارانشان گزارش دادند که میلیاردها سال پیش، جو جوان این سیاره ممکن بود مولکولهای حاوی گوگرد تولید کند که امروزه بهعنوان اجزای مهم برای حیات شناخته میشوند.
این کشف، ایدهٔ دیرینهای را به چالش میکشد که این مولکولهای گوگرد تنها پس از تثبیت حیات بر روی زمین شکل میگرفتند.
“مطالعهٔ ما میتواند به درک تکامل حیات در ابتداییترین مراحل کمک کند،” گفت نیت رید، نویسندهٔ اول و پژوهشگر پسادکترا در ناسا که این تحقیق را در حین کار در بخش شیمی و مؤسسهٔ تعاونی تحقیقات علوم محیطی (CIRES) در دانشگاه کولورادو بولدر انجام داد.
اهمیت گوگرد و دلیل اهمیت این یافتهها
گوگرد، مشابه کربن، عنصر حیاتی است که در هر شکل از حیات، از باکتریها تا انسانها یافت میشود. این عنصر در برخی اسیدهای آمینه ظاهر میشود که بهعنوان بلوکهای پایهای پروتئینها عمل میکنند.
اگرچه گوگرد در جو اولیه حضور داشته است، اکثر دانشمندان بر این باور بودند که مولکولهای آلی حاوی گوگرد، مانند اسیدهای آمینه، تنها پس از حضور موجودات زنده و تولید آنها شکل میگیرد.
تلاشهای پیشین برای شبیهسازی شرایط زمین اولیه اغلب در تولید مقادیر معنادار بیومولکولهای گوگردی پیش از وجود حیات ناکام ماندند. هنگامی که این مولکولها ظاهر میشدند، تنها تحت شرایط غیرعادی یا بسیار خاصی شکل میگرفتند که بهنظر نمیرسید در سراسر سیارهٔ زمین رایج باشند.
بهدلیل این پیشزمینه، جامعهٔ علمی واکنش شدیدی نشان داد هنگامی که تلسکوپ فضایی جیمز وب، دیمتیل سولفید—یک ترکیب گوگردی تولید شده توسط جلبکهای دریایی در زمین امروزی—را در جو یک سیارهٔ فراخورشیدی به نام K2-18b شناسایی کرد. بسیاری این کشف را نشانهٔ ممکن حیات میدانستند.
آزمایشهای جدید شیمی جو را در عمل نشان میدهند
با این حال، کارهای پیشین رید و نویسندهٔ ارشد الی بروِن، استاد شیمی و پژوهشگر CIRES، نشان داد که دیمتیل سولفید میتواند بهصورت طبیعی در آزمایشگاه تنها با نور و گازهای سادهٔ جوی تشکیل شود. این نکته نشان میدهد که این مولکول حتی در جهانهای بدون حیات نیز ممکن است ظاهر شود.
در آخرین آزمایش خود، بروِن، رید و تیمشان بررسی کردند که آسمان اولیهٔ زمین چه تواناییای برای تولید داشته باشد. آنها ترکیبی از متان، دیاکسید کربن، هیدروژن سولفید و نیتروژن را تحت نور قرار دادند تا شرایط جوی پیش از ظهور حیات را بازسازی کنند.
کار با گوگرد دشوار است، بروِن گفت. این عنصر به تجهیزات آزمایشگاهی میچسبد و در جو، مولکولهای حاوی گوگرد در مقایسه با CO2 و نیتروژن در سطوح بسیار پایینی حضور دارند. “شما باید تجهیزاتی داشته باشید که بتواند مقادیر فوقالعاده کوچک محصولات را اندازهگیری کند”، او گفت.
با استفاده از یک اسپکتروگرمس جرمی بسیار حساس برای شناسایی و اندازهگیری ترکیبات شیمیایی، پژوهشگران کشف کردند که شبیهسازی زمین اولیهٔ آنها مجموعه گستردهای از بیومولکولهای گوگردی تولید کرده است. این ترکیبات شامل اسیدهای آمینهٔ سیستئین و تورین، همراه با کوآنزیم M میشود که نقش کلیدی در متابولیسم ایفا میکند.
آسمانی که میتواند از یک اکوسیستم در حال رشد پشتیبانی کند
سپس تیم برآورد کرد که کل جو باستانی چه مقدار سیستئین میتواند تولید کند. محاسبات آنها نشان داد که آسمان اولیهٔ زمین میتوانست سیستئینی کافی تولید کند تا حدود یک اوکتالیون (عدد یک به دنبال ۲۷ صفر) سلول را پشتیبانی کند. برای مقایسه، زمین مدرن تقریباً یک نونیلیون (عدد یک به دنبال ۳۰ صفر) سلول دارد.
“در حالی که این مقدار به اندازهٔ موجود در حال حاضر نیست، هنوز هم مقدار قابلتوجهی سیستئین در محیطی بدون حیات بود. ممکن است برای یک اکوسیستم جهانی نوپا که به تازگی شروع به حیات کرده است، کافی باشد،” گفت رید.
پژوهشگران فرض میکنند که این بیومولکولهای جوی ممکن است از طریق بارش به سطح زمین سقوط کرده و شیمیگری مورد نیاز برای آغاز حیات را فراهم کنند.
“احتمالاً حیات برای آغاز به برخی شرایط بسیار خاص نیاز داشت، مثل نزدیکی به آتشفشانها یا چشمههای هیدروترمال با شیمیگری پیچیده،” بروِن گفت. “ما استفاده میکردیم