Utvecklingen av planeten Jorden och uppkomsten av liv under dess första halvmiljard år är oupplösligt förbundna, med en serie planetomfattande transformationer – bildning av havet, atmosfärens utveckling, och tillväxten av skorpa och kontinenter – som ligger till grund för miljöns språngbräda till livet. Men hur, och i vilken ordning, tillverkades och monterades ingredienserna för livet på jorden?

NASA:s astrobiologiprogram har beviljat ett anslag på 9 miljoner dollar för att ta itu med frågan genom Earth First Origins-projektet, leds av Rensselaer Polytechnic Institute biträdande professor Karyn Rogers. Det femåriga projektet syftar till att avslöja de förhållanden på den tidiga jorden som gav upphov till liv genom att identifiera, replikera, och utforska hur prebiotiska molekyler och kemiska vägar kunde ha bildats under realistiska tidiga jordförhållanden.

"Planeten jorden och livets kemi delar samma väg, " sade Rogers. "På grund av den samutvecklingen, vi kan använda vår förståelse av de grundläggande planetariska processerna som sätter jordsystemet i rörelse för att skissa det fysiska, kemisk, och miljökarta till livet."

Earth First Origins fungerar som katalysatorn för lanseringen av Rensselaer Astrobiology Research and Education (RARE) Center. Det nyinrättade RARE-centret bygger på den expertis som etablerats genom mer än tre decennier av astrobiologiforskning vid Rensselaer, och ersätter sin föregångare, New York Center for Astrobiology. Förutom att bedriva grundläggande forskning om livets ursprung och potentialen för liv i hela universum, RARE-centret kommer att stödja en rad utbildnings- och offentliga aktiviteter. Dessa inkluderar en seminarieserie, en kursdel i astrobiologi, den kommande Gateway to Early Earth Summer School, och ett grundläggande grund- och forskarutbildningsprogram.

"Rensselaer har en omfattande historia av betydande bidrag till området astrobiologi, och Earth First Origins-projektet och Rensselaer Astrobiology Research and Education Center kommer att vara enorma tillägg till vårt arv av upptäckter, ", sa Rensselaers president Shirley Ann Jackson. "Det tvärvetenskapliga globala samarbetet som är involverat i dessa initiativ visar på det visionära arbete vi engagerar oss i som The New Polytechnic."

Earth First Origins och RARE Center förenar ett mångsidigt team av experter inom planetarisk evolution, tidig geokemi på jorden, prebiotisk och experimentell astrobiologi, och analytisk kemi. Kompletterat med ett team av molekylärbiologer, geokemiska modellerare, och data- och visualiseringsexperter, forskargruppen kommer med en mängd erfarenheter redo att lansera ett nytt forskningsparadigm för att studera livets ursprung.

"Olika typer av miljöer fanns på den tidiga jorden och många av dem kunde ha varit startplatsen för livet, eller liv kunde ha uppstått via processer som kopplade ihop flera miljönischer, ", sa Rogers. "Vi vill fastställa utbudet av möjliga förhållanden i olika tidiga jordmiljöer, replikera dem i labbet, och förstå de särskilda faktorer som bidrar till sekvensen av kemiska synteser som leder till liv."

Earth First Origins-projektet kommer att etablera Gateway to Early Earth, som består av både ett fysiskt labbutrymme och en virtuell miljö, the early Earth Lab (eEL) och Virtual early Earth Portal (VeEP), båda inhysta på Rensselaer. Gateway kommer att vara en resurs för Earth First Origins-teamet, såväl som det större ursprunget till livsgemenskapen, för att komma åt realistiska tidiga jordmiljöer, både experimentellt och genom modeller, och utforska deras potential att ge upphov till livets kemi.

Det tidiga Earth Laboratory kommer att inrymma en svit av experimentell utrustning som används för att replikera tidiga jordmiljöer. eEL kommer inte bara att rikta in sig på temperaturen, tryck, och geokemiska förhållanden på den tidiga jorden, men kommer också att använda nya experimentella tekniker för att representera de dynamiska kopplingarna mellan olika system.

"Den tidiga jorden var värd för ett brett utbud av distinkta miljöer. Genom att korrekt representera interaktioner mellan vatten-klippa och atmosfär, eller flödet och blandningen av vätskor längs termiska och kemiska gradienter, eEL kommer att ge ett mycket bättre sätt att utforska de kemiska vägarna som uppstod under jordens tidigaste tider." sa Bruce Watson, medutredare och geokemist och institutprofessor vid Rensselaer.

VeEP tillhandahåller applikationer och verktyg för att integrera geokemiska och geofysiska modeller, och att tillämpa datavisualiseringstekniker för att utforska utbudet av möjligheter i olika tidiga jordmiljöer. Dessutom, VeEP kommer att tillåta forskare att registrera data från experiment, modeller, och analyser i "virtuella anteckningsböcker" som tas in i ett större strukturerat datalager och nås via portalen.