Medan många studier är fokuserade på de skadliga effekterna av högenergi UV-solljus, Det är också en viktig energikälla som kan driva bildandet av biomolekyler som är relevanta för livet. Upphovsman:NASA
Hög energi, ultraviolett strålning från solen är en känd fara för liv, ändå har energin från vår stjärna spelat en viktig roll som den väsentliga drivkraften för livet på jorden.
Innan livet började, strålning från solen var den primära energikällan på vår planet, precis som det är idag. I denna syrefattiga, prebiotiska världen, solenergi kan ha gett stöten att omvandla enkla organiska molekyler till mer komplexa, som användes som byggstenar för biologi och liv.
En ny artikel av två författare från University of Colorado i Boulder överväger hur detta kan ha skett genom en översyn av befintlig litteratur om ämnet.
"Vi tittar på exempel i litteraturen och från vårt eget labb där solljus har använts för att bygga komplexa molekyler från enkla, prebiotiskt tillgängligt utgångsmaterial, " sa huvudförfattaren Rebecca Rapf, en doktorand i fysikalisk kemi.
Pappret, "Solljus som en energisk drivkraft i syntesen av molekyler som är nödvändiga för livet, " medförfattare av hennes rådgivare, Veronica Vaida, dök nyligen upp i tidningen Fysikalisk kemi Kemisk fysik . Rapfs arbete stöds av ett NASA Earth and Space Science Fellowship samt medel från NASA:s Habitable Worlds Program.
Solljus är den största energikällan på både den moderna och tidiga jorden, underblåser större delen av dagens liv och bidrar troligen till utvecklingen av större, mer komplexa molekyler som är nödvändiga för primitivt liv. På bilden är jorden sett från den internationella rymdstationen. Upphovsman:NASA
Bristen på syre i den tidiga atmosfären innebär att mer högenergisk ultraviolett strålning från solen skulle ha nått ytan av den prebiotiska jorden än idag, där det filtreras av ozon. Även om denna komponent av solljus kan vara destruktiv för vissa biomolekyler, energin som tillhandahålls kan fortfarande vara användbar för kemi tidigt i livet, Sa Rapf. "Även om du förstör en molekyl, den är uppdelad i mindre, mycket reaktiva bitar som lätt genomgår ytterligare reaktioner, rekombineras för att bilda större högenergimolekyler."
Särskilt, forskarna fascinerades av en grupp syrefyllda syror som kallas oxosyror. Ett exempel är pyruvinsyra, som är i centrum för viktiga metaboliska vägar i livet idag. När den är upplöst i vatten och belyst med ultraviolett ljus, pyruvinsyra är känd för att reagera för att göra större molekyler, med högre avkastning under de syrebegränsade förhållanden som skulle finnas på den tidiga jorden.
Pyrodruvsyra är bara en i en klass av molekyler som reagerar på samma sätt för att bilda dessa större arter. En annan molekyl i denna klass, 2-oxooktansyra, är särskilt intressant eftersom det är ett exempel på en enkel lipid. 2-oxoktansyra var sannolikt "prebiotiskt relevant, "Rapf tillade, vilket betyder att det kan vara användbart för den kemi som så småningom ledde till liv.
I en tidigare studie om 2-oxooctanoic acid, Rapf och Vaida fann att exponering för ljus bildar en mer komplex molekyl, dihexylvinsyra. Detta är anmärkningsvärt eftersom den nya molekylen har två alkylkedjor, vilket betyder att det mer liknar lipiderna som finns i moderna celler, som också har två svansar. Denna ljusdrivna process, upptäckt i Vaida-labbet, är ett av få sätt att göra dubbelsvansade lipider från enkla, enkelsvarta molekyler under prebiotiska förhållanden.
"Vi använder solljus som ett sätt att bygga större molekyler, men för att vara användbar för utvecklingen av biologi måste alla molekyler du bygger vara tillräckligt stabila för att existera i miljön, "tillade Rapf.
När det gäller 2-oxooktansyra, produkten, dihexylvinsyra, absorberar inte samma UV -ljus och därför är skyddad från att genomgå ytterligare fotokemi (kemiska reaktioner som ett resultat av solljus). Dessa dubbelsvansade lipider samlas också spontant i membranslutna fack, liknar enkla protoceller som är nödvändiga för livets utveckling. Forskarna letar efter andra molekyler som kan aktiveras av stjärnljus och generera biologiskt relevanta föreningar i ett bredare astrobiologiskt sammanhang.
Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och mer på www.astrobio.net.
