Forskare har i labbet reproducerat hur ingredienserna för liv kunde ha bildats djupt i havet för 4 miljarder år sedan. Resultaten av den nya studien ger ledtrådar till hur livet började på jorden och var annars i kosmos vi kan hitta det.

Astrobiologen Laurie Barge och hennes team vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, arbetar med att känna igen liv på andra planeter genom att studera livets ursprung här på jorden. Deras forskning fokuserar på hur livets byggstenar bildas i hydrotermiska ventiler på havsbotten.

För att återskapa hydrotermiska ventiler i labbet, laget gjorde sina egna miniatyrhavsbotten genom att fylla bägare med blandningar som efterliknar jordens urhav. Dessa labbbaserade hav fungerar som plantskolor för aminosyror, organiska föreningar som är nödvändiga för livet som vi känner det. Som legoklossar, aminosyror bygger på varandra för att bilda proteiner, som utgör allt levande.

"Att förstå hur långt du kan gå med bara organiska ämnen och mineraler innan du har en verklig cell är verkligen viktigt för att förstå vilka typer av miljöer livet kan komma ur, sa pråm, huvudutredaren och den första författaren till den nya studien, publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences . "Också, undersöka hur saker och ting gillar atmosfären, havet och mineralerna i ventilerna påverkar alla detta kan hjälpa dig att förstå hur troligt det är att detta har inträffat på en annan planet."

Hittade runt sprickor i havsbotten, hydrotermiska ventiler är platser där naturliga skorstenar bildas, släpper ut vätska som värms upp under jordskorpan. När dessa skorstenar interagerar med havsvattnet runt dem, de skapar en miljö som är i konstant förändring, som är nödvändigt för att livet ska utvecklas och förändras. Detta mörka, varm miljö matad av kemisk energi från jorden kan vara nyckeln till hur liv kan bildas på världar längre ut i vårt solsystem, långt från solens hetta.

"Om vi ​​har dessa hydrotermiska ventiler här på jorden, möjligen kan liknande reaktioner inträffa på andra planeter, " sa JPL:s Erika Flores, medförfattare till den nya studien.

Barge och Flores använde ingredienser som ofta fanns i tidiga jordens hav i sina experiment. De kombinerade vatten, mineraler och "prekursor"-molekylerna pyruvat och ammoniak, som behövs för att starta bildningen av aminosyror. De testade sin hypotes genom att värma lösningen till 158 grader Fahrenheit (70 grader Celsius) - samma temperatur som finns nära en hydrotermisk ventil - och justera pH för att efterlikna den alkaliska miljön. De tog också bort syret från blandningen eftersom, till skillnad från idag, tidigt hade jorden mycket lite syre i sitt hav. Teamet använde dessutom mineralet järnhydroxid, eller "grön rost, " vilket var rikligt på den tidiga jorden.

Den gröna rosten reagerade med små mängder syre som teamet injicerade i lösningen, producerar aminosyran alanin och alfahydroxisyralaktatet. Alfahydroxisyror är biprodukter av aminosyrareaktioner, men vissa forskare tror att de också kan kombineras för att bilda mer komplexa organiska molekyler som kan leda till liv.

"Vi har visat att under geologiska förhållanden som liknar den tidiga jorden, och kanske till andra planeter, vi kan bilda aminosyror och alfahydroxisyror från en enkel reaktion under milda förhållanden som skulle ha funnits på havsbotten, sa pråm.

Barges skapande av aminosyror och alfahydroxisyror i labbet är kulmen på nio års forskning om livets ursprung. Tidigare studier har tittat på om de rätta ingredienserna för livet finns i hydrotermiska ventiler, och hur mycket energi dessa ventiler kan generera (tillräckligt för att driva en glödlampa). Men den här nya studien är första gången hennes team har sett en miljö som mycket liknar en hydrotermisk ventil driva en organisk reaktion. Barge och hennes team kommer att fortsätta att studera dessa reaktioner i väntan på att hitta fler ingredienser för livet och skapa mer komplexa molekyler. Steg för steg, hon går sakta uppför livets kedja.

Denna forskningslinje är viktig eftersom forskare studerar världar i vårt solsystem och utanför som kan vara värd för beboeliga miljöer. Jupiters måne Europa och Saturnus måne Enceladus, till exempel, kan ha hydrotermiska öppningar i haven under sina isiga skorpor. Att förstå hur livet kunde börja i ett hav utan solljus skulle hjälpa forskare att utforma framtida utforskningsuppdrag, samt experiment som kunde gräva under isen för att söka efter bevis på aminosyror eller andra biologiska molekyler.

Framtida Mars-uppdrag kan returnera prover från den röda planetens rostiga yta, som kan avslöja bevis på aminosyror som bildas av järnmineraler och gammalt vatten. Exoplaneter – världar utanför vår räckhåll men fortfarande inom våra teleskops område – kan ha signaturer av liv i sina atmosfärer som skulle kunna avslöjas i framtiden.

"Vi har inga konkreta bevis på liv någon annanstans än, ", sade Barge. "Men att förstå de förutsättningar som krävs för livets uppkomst kan hjälpa till att begränsa de platser som vi tror att livet skulle kunna existera."

Denna forskning stöddes av NASA Astrobiology Institute, JPL Icy Worlds team.