Cum au venit elementele constitutive ale vieții din spațiu în Earth ScienceBlog

Întrebarea despre originea vieții pe pământ este una dintre întrebările fundamentale din știință. Astronomii de la Universitatea McMaster și Institutul de Astronomie Max Planck (MPIA) au calculat un scenariu coerent pentru originea vieții pe pământ pe baza modelelor astronomice, geologice, chimice și biologice [1]. Dmitry Semenov și Thomas Henning de la MPIA descriu acest scenariu în care viața s-a format la doar câteva sute de milioane de ani după ce suprafața pământului s-a răcit suficient pentru a exista apă lichidă. Elementele esențiale pentru viață s-au format în spațiu în timpul formării sistemului solar și au fost depuse pe pământ de meteoriți în iazuri mici și calde. *

Cum a apărut prima viață pe pământ cu aproximativ patru miliarde de ani în urmă, este una dintre marile întrebări din știință. Noile rezultate ale cercetătorilor de la Universitatea McMaster (Hamilton, Canada) și de la Institutul Max Planck de Astronomie sugerează că meteoritii ar fi putut juca un rol cheie în acest sens. Aceste corpuri au aterizat în mici iazuri calde de pe pământ (Figura 1) și au depus acolo substanțe organice, ceea ce a permis apariția vieții sub formă de molecule de ARN auto-replicate [1].

elementele

Concluziile astronomilor se bazează pe un model care rezumă cunoștințele actuale despre formarea planetei, geologia, chimia și biologia - calcule care ne îmbunătățesc cunoștințele despre geologia Pământului timpuriu, condițiile chimice, proprietățile moleculelor implicate și informații astronomice despre proprietățile Conectați meteoriți și prafuri interplanetare unul cu celălalt. Faptul că o astfel de analiză cantitativă este acum posibilă pentru prima dată se datorează progreselor din multe domenii: de la microbiologie la căutarea exoplanetelor până la observații ale pepinierelor planetare lângă alte stele.

Poate că cel mai interesant rezultat al calculelor este că viața ar fi avut probabil originea relativ devreme: doar câteva sute de milioane de ani după ce pământul s-a răcit suficient pentru a permite apei de suprafață lichide, precum iazuri sau oceane. Pe atunci, mult mai mulți meteoriți au lovit pământul decât astăzi.

Până acum, nimeni nu făcuse efectiv aceste calcule. Deoarece noul model include atât de multe rezultate din atât de multe domenii diferite, este uimitor că totul este conectat atât de coerent. Fiecare pas al modelului a dus în mod natural la următorul. Faptul că a apărut o imagine clară la final este un indiciu clar că scenariul nu poate fi atât de greșit.

Pentru a înțelege originea vieții, trebuie să înțelegem pământul așa cum era acum miliarde de ani. După cum arată studiul Institutului Max Planck, astronomia oferă o parte importantă a răspunsului. Detaliile formării sistemului nostru solar au consecințe directe asupra originii vieții pe pământ.

Noua lucrare susține ipoteza că viața își are originea în mici ape calde. (Apropo, expresia „micul iaz cald” se întoarce la una dintre primele speculații despre originea vieții: o scrisoare de la Charles Darwin către botanistul Joseph Hooker din 1871.) In Cycles, în unde iazurile puțin adânci se usucă mai întâi și apoi se umple din nou cu apă, ingredientele chimice sunt concentrate corespunzător, ceea ce determină legături între nucleotide (blocuri de acizi nucleici compuse din nucleobaze, grupări fosfat și reziduuri de zahăr; ed.) și astfel formarea de lanțuri mai lungi de ARN favorizat. Cercetătorii au reușit să demonstreze că meteoriții ar fi putut transporta o cantitate suficientă de nucleobaze la mii de astfel de iazuri de pe pământ și astfel au declanșat formarea moleculelor de ARN auto-replicate în cel puțin unul dintre aceste iazuri. Figura 2.

Pe baza cunoștințelor cunoscute despre formarea planetei și chimia sistemului solar, cercetătorii MPIA au propus un scenariu consecvent pentru originea vieții pe pământ. Acestea oferă informații fizice și chimice plauzibile despre condițiile în care ar fi putut proveni viața. Acum este rândul experimentatorilor să afle cum ar fi putut de fapt să se producă viața în aceste condiții precoce foarte specifice.

Acesta nu este în niciun caz un răspuns definitiv la întrebarea fundamentală despre originea vieții pe pământ, dar în ultimele decenii au apărut câteva posibile răspunsuri interesante. O teorie elaborată mai detaliat în anii 1980 postulează o lume a ARN-ului: informațiile genetice ale organismelor superioare sunt stocate în dubla helix a moleculelor de ADN, dar există și molecule strâns legate, ARN (acid ribonucleic), care joacă un rol proeminent în celulele moderne . În special, ele catalizează anumite reacții chimice în celule și sunt la fel de indispensabile pentru transmiterea informațiilor genetice ca și pentru sinteza proteinelor specifice (decretele guvernului celular, ca să spunem așa) pe baza codului genetic. Unii viruși nu folosesc deloc ADN pentru a stoca informațiile genetice; în schimb, toate informațiile sunt codificate în ARN-ul virusului.

[1] Ben K.D. Pearce, Ralph E. Pudritz, Dmitri Semenov, Thomas K. Henning. Originea lumii ARN: Soarta nucleobazelor din iazurile calde. Proc. Nat. Acad. Sci, 114, 11327 (2017). Lucrarea este accesibilă gratuit la https://arxiv.org/pdf/1710.00434.pdf.

Acum câteva săptămâni, autorii Ben KD Pearce (Universitatea McMaster), Ralph E. Pudritz (Universitatea McMaster, Institutul de astronomie Max Planck și Centrul de astronomie de la Universitatea Heidelberg) și Dmitri Semenov și Thomas K. Henning (ambii Max Planck -Institute of Astronomy) a fost distins cu prestigiosul Premiu Cozzarelli de către Academia Națională de Științe din SUA pentru această lucrare revoluționară.