Τα φορτισμένα σταγονίδια νερού δημιουργούν σπινθήρες εξαιτίας των οποίων ξεκινά ο σχηματισμός οργανικών μορίων

Η αρχέγονη Γη, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, περιείχε όλα τα αέρια που χρειάζονται για να προκύψουν τα δομικά υλικά της ζωής, όπως τα αμινοξέα. Όμως για να ξεκινήσει η διαδικασία της σύνθεσής τους χρειαζόταν ένα εξωτερικό έναυσμα. Ο κεραυνός ήταν ο προφανής ύποπτος. Το 1952 ένας νεαρός χημικός ονόματι Stanley Miller γέμισε μιά φιάλη μέχρι το μέσον της με νερό, πρόσθεσε μεθάνιο, αμμωνία και υδρογόνο για να μιμηθεί την αρχέγονη ατμόσφαιρα του πλανήτη μας και στη συνέχεια δημιούργησε έναν κεραυνό – μια ηλεκτρική εκκένωση – σε αυτή τη «γόνιμη» σούπα.

Με αυτό το πείραμα ορόσημο, ο Miller παρήγαγε αρκετά αμινοξέα από ανόργανα μόρια. Υπενθυμίζεται ότι, τα αμινοξέα συνδυάζονται για να σχηματίσουν πρωτεΐνες, οι οποίες με τη σειρά τους συνδυάζονται για να σχηματίσουν τις πρωτείνες που αποτελούν θεμελιώδη μακρομόρια των ζωντανών οργανισμών. Έτσι έδειξε πώς η ζωή θα μπορούσε να βρει το πρώτο της πάτημα. Αλλά οι πραγματικοί κεραυνοί έπεφταν σποραδικά – και κυρίως σε ανοιχτό ωκεανό, όπου οι οργανικές ενώσεις που θα σχηματίζονταν θα διασκορπίζονταν γρήγορα.

Επτά δεκαετίες αργότερα, μια νέα έρευνα παρακάμπτει τον κεραυνό και δείχνει μια πιο ρεαλιστική αιτία για το έναυσμα της σύνθεσης των οργανικών ενώσεων: το ίδιο το νερό. Ο χημικός του Πανεπιστημίου του Stanford, Richard Zare και οι συνεργάτες του αναφέρουν στο περιοδικό Science Advances ότι οργανικά μόρια με δεσμούς άνθρακα-αζώτου μπορούν να σχηματιστούν πιο απλά: ψεκάζοντας σταγονίδια νερού σε ένα μείγμα ατμοσφαιρικών αερίων. Οι ερευνητές αναπαρήγαγαν τις χημικές αντιδράσεις από το πείραμα του Miller, αλλά αυτή τη φορά οι ίδιες αντιδράσεις επιτεύχθηκαν με μια πιο πειστική πηγή ενέργειας. Σε αντίθεση με τους κεραυνούς, οι σταγονίδια νερού βρίσκονται παντού. Κάθε καταρράκτης και κάθε κύμα μετέφεραν μια σπίθα ευκαιρίας για την ανάδυση της ζωής.

Όλα οφείλονται στην διαφορά του ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ των σταγονιδίων νερού. Όταν μικρά, αρνητικά φορτισμένα σταγονίδια πλησιάζουν σε μεγάλα, θετικά φορτισμένα, μερικές φορές εκφορτίζονται, προκαλώντας μια λάμψη φωταύγειας που οι ερευνητές αποκαλούν «μικροκεραυνό». Και αποδεικνύεται ότι αυτές οι αλληλεπιδράσεις, όπως ο κεραυνός του Miller δημιουργούν οργανικά υποπροϊόντα: το πείραμα των Zare et al ανίχνευσε το αμινοξύ γλυκίνη, καθώς και την βάση ουρακίλη – βασικό συστατικό του RNA.

Όμως για να προκύψει η ζωή δεν θα ήταν αρκετό αυτές οι οργανικές ενώσεις να σχηματιστούν μία φορά. Γι’ αυτό οι τυχαίες αστραπές πιθανότατα δεν ήταν το έναυσμα για τη ζωή. Τα απλά δομικά μόρια όπως τα αμινοξέα, που ονομάζονται μονομερή, θα χρειάζονταν μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία ώστε να τους δοθεί χρόνος για να συνδεθούν σε μακριές μοριακές αλυσίδες, που ονομάζονται πολυμερή: χρειάζονται πολλά αμινοξέα για να δημιουργηθεί μια πρωτεΐνη και πολλές νουκλεοβάσεις για να κατασκευαστεί ένας κλώνος RNA.

Το ιδανικό περιβάλλον για αυτό θα ήταν οι σχισμές των βράχων κοντά σε πηγές σταγονιδίων νερού. Οι κύκλοι υγρού-ξηρού που συνοδεύουν τέτοιο έδαφος είναι γνωστό ότι ευνοούν τον πολυμερισμό, δημιουργώντας ενδεχομένως τις πολύπλοκες δομές που κατέληξαν στους πρώτους μονοκύτταρους οργανισμούς. Είτε σε μια μικρή ή μεγάλη λίμνη είτε σε έναν θερμοπίδακα, αυτά τα μόρια θα είχαν συσσωρευτεί οπουδήποτε υπήρχε δράση κυμάτων ή καταρράκτες.

Το πρώτο πείραμα δεν δημιούργησε όλα τα προαπαιτούμενα της ζωής, αλλά μπορεί να παράχθησαν κι άλλες σημαντικές ενώσεις σε μη ανιχνεύσιμα επίπεδα. Αν μπορούσαν να εκτελέσουν το πείραμα για περισσότερο χρόνο, πιθαμόν να ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν περισσότερα». Ακριβώς όπως οι μεταγενέστερες έρευνες, οι σχετικές με την εργασία του Miller, παρήγαγαν ένα ευρύτερο φάσμα μορίων, μια μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να επιβεβαιώσει ότι οι μικροκεραυνοί υποστηρίζουν την πλήρη σύνθεση των δομικών στοιχείων της ζωής.

Υπάρχουν ανταγωνιστικές υποθέσεις για το πώς σχηματίστηκαν τα πρώτα οργανικά μόρια. Μερικοί ειδικοί πιστεύουν ότι προήλθαν από υδροθερμικές πηγές στο βάθος των θαλασσών, ενώ άλλοι πιστεύουν ότι βρέθηκαν την Γη στην πορεία τους από κάπου αλλού στον γαλαξία μας. Οι επιστήμονες της NASA ανακοίνωσαν τον Ιανουάριο ότι 14 αμινοξέα, μαζί με τις πέντε βάσεις νουκλεοτιδίων στο RNA και το DNA, είχαν βρεθεί στον αστεροειδή Bennu. Σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, δεδομένου ότι στο μακρινό παρελθόν η Γη βομβαρδιζόταν από μετέωρα, μετεωρίτες και αστροειδείς, ίσως οι χημικές ενώσεις που είναι απαραίτητες για τη ζωή να έπεφταν από τον ουρανό, στην κυριολεξία.

Στην πραγματικότητα κανείς δεν ξέρει τι ακριβώς συνέβη όταν αναδύθηκε η ζωή πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά αυτά τα ευρήματα αποδεικνύουν εκείνο που πρότεινε ο Miller στη δεκαετία του 1950 – αν και με μια ανατροπή. Όπως δήλωσε ο ίδιος σε συνέντευξή του, το 1996 , «κανείς δεν αμφισβήτησε τη χημεία του αρχικού πειράματος … Η χημεία ήταν πολύ αξιόπιστη». Τελικά, ίσως να ήταν οι σπίθες μεταξύ των σταγονιδίων νερού που ενεργοποίησαν αυτή τη χημεία.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Life on Earth May Have Been Jump-Started by ‘Microlightning’ – https://www.scientificamerican.com/article/life-on-earth-may-have-been-jump-started-by-microlightning/
2. Spraying of water microdroplets forms luminescence and causes chemical reactions in surrounding gas – https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt8979

Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ, ΒΙΟΛΟΓΙΑ, ΓΕΩΦΥΣΙΚΗ, ΧΗΜΕΙΑ

Ετικέτες: PHYSICS