Primitiva dammar kan ha tillhandahållit en lämplig miljö för att brygga upp jordens första livsformer, mer än haven, en ny MIT -studie finner.

Forskare rapporterar att grunda vattendrag, i storleksordningen 10 centimeter djup, kunde ha hållit höga koncentrationer av vad många forskare tror är en viktig ingrediens för att starta livet på jorden:kväve.

I grunda dammar, kväve, i form av kväveoxider, skulle ha haft en god chans att ackumuleras tillräckligt för att reagera med andra föreningar och ge upphov till de första levande organismerna. I mycket djupare hav, kväve skulle ha haft svårare att fastställa en betydande, livskatalyserande närvaro, säger forskarna.

"Vårt övergripande budskap är, om du tror att livets ursprung krävde fast kväve, som många gör, då är det svårt att få livets ursprung att hända i havet, " säger huvudförfattaren Sukrit Ranjan, en postdoc i MIT:s Department of Earth, Atmosfär och planetvetenskap (EAPS). "Det är mycket lättare att få det att hända i en damm."

Ranjan och hans kollegor har publicerat sina resultat i dag i tidskriften Geokemi, Geofysik, Geosystem . Tidningens medförfattare är Andrew Babbin, Doherty Assistant Professor in Ocean Utilization i EAPS, tillsammans med Zoe Todd och Dimitar Sasselov från Harvard University, och Paul Rimmer vid Cambridge University.

Bryter ett band

Om primitivt liv verkligen uppstod från en nyckelreaktion som involverade kväve, det finns två sätt på vilka forskare tror att detta kunde ha hänt. Den första hypotesen innefattar djuphavet, där kväve, i form av kväveoxider, kunde ha reagerat med koldioxid som bubblar fram från hydrotermiska ventiler, att bilda livets första molekylära byggstenar.

Den andra kvävebaserade hypotesen om livets ursprung involverar RNA-ribonukleinsyra, en molekyl som idag hjälper till att koda vår genetiska information. I sin primitiva form, RNA var sannolikt en fritt flytande molekyl. Vid kontakt med kväveoxider, vissa forskare tror, RNA kunde ha inducerats kemiskt för att bilda livets första molekylkedjor. Denna RNA -bildningsprocess kunde ha inträffat antingen i haven eller i grunda sjöar och dammar.

Kväveoxider deponerades sannolikt i vattendrag, inklusive hav och dammar, som rester av nedbrytningen av kväve i jordens atmosfär. Atmosfäriskt kväve består av två kvävemolekyler, kopplad via en stark trippelbindning, som bara kan brytas av en extremt energisk händelse – nämligen blixt.

"Blixten är som en riktigt intensiv bomb som sprängs, "Ranjan säger." Det producerar tillräckligt med energi för att bryta den trippelbindningen i vår atmosfäriska kvävgas, att producera kväveoxider som sedan kan regna ner i vattendrag. "

Forskare tror att det kunde ha funnits tillräckligt med blixtar genom den tidiga atmosfären för att producera ett överflöd av kväveoxider för att underblåsa livets ursprung i havet. Ranjan säger att forskare har antagit att denna tillgång av blixtgenererade kväveoxider var relativt stabil när föreningarna kom in i haven.

Dock, i denna nya studie, han identifierar två betydande "sänkor, " eller effekter som kunde ha förstört en betydande del av kväveoxider, särskilt i haven. Han och hans kollegor tittade igenom den vetenskapliga litteraturen och fann att kväveoxider i vatten kan brytas ned via interaktioner med solens ultravioletta ljus, och även med upplöst järn som slogs av från primitiva oceaniska stenar.

Ranjan säger att både ultraviolett ljus och upplöst järn kunde ha förstört en betydande del kväveoxider i havet, skickar föreningarna tillbaka till atmosfären som gasformigt kväve.

"Vi visade att om du inkluderar dessa två nya diskbänkar som folk inte hade tänkt på tidigare, som undertrycker koncentrationerna av kväveoxider i havet med en faktor 1, 000, i förhållande till vad folk beräknade tidigare, säger Ranjan.

"Bygga en katedral"

I havet, ultraviolett ljus och upplöst järn skulle ha gjort kväveoxider mycket mindre tillgängliga för syntetisering av levande organismer. I grunda dammar, dock, livet skulle ha haft en bättre chans att få fäste. Det beror främst på att dammar har mycket mindre volym över vilka föreningar som kan spädas ut. Som ett resultat, kväveoxider skulle ha byggt upp till mycket högre koncentrationer i dammar. Alla "handfat, "såsom UV-ljus och löst järn, skulle ha haft mindre effekt på föreningens totala koncentrationer.

Ranjan säger att ju mer grund dammen är, ju större chans att kväveoxider skulle ha haft att interagera med andra molekyler, och speciellt RNA, att katalysera de första levande organismerna.

"Dessa dammar kunde ha varit från 10 till 100 centimeter djupa, med en yta på tiotals kvadratmeter eller större, " säger Ranjan. "De skulle ha liknat Don Juan Pond i Antarktis idag, som har ett sommarsäsongsdjup på cirka 10 centimeter. "

Det kanske inte verkar vara en betydande vattensamling, men han säger att det är precis poängen:I miljöer som är djupare eller större, kväveoxider skulle helt enkelt ha varit för utspädda, utesluter alla deltagande i livets ursprungskemi. Andra grupper har uppskattat att för cirka 3,9 miljarder år sedan, precis innan de första tecknen på liv dök upp på jorden, det kan ha funnits cirka 500 kvadratkilometer grunda dammar och sjöar över hela världen.

"Det är helt litet, jämfört med mängden sjöyta vi har idag, " säger Ranjan. "Men, relativt mängden ytarea prebiotiska kemister postulat krävs för att få liv igång, det är ganska lagom. "

Debatten om huruvida liv har sitt ursprung i dammar kontra hav är inte riktigt löst, men Ranjan säger att den nya studien ger ett övertygande bevis för den förra.

"Denna disciplin är mindre som att välta en rad dominoer, och mer som att bygga en katedral, " säger Ranjan. "Det finns inget riktigt 'aha'-ögonblick. Det är mer som att tålmodigt bygga upp den ena observationen efter den andra, och bilden som framträder är att överlag många prebiotiska syntesvägar verkar vara kemiskt lättare i dammar än hav. "