Forskare vid Cambridge University antyder att molekyler, avgörande för livets utveckling, kunde ha bildats från en process som kallas grafitisering. När det väl har verifierats i laboratoriet kan det tillåta oss att försöka återskapa rimliga förhållanden för livets uppkomst.
Hur kom de kemikalier som krävs för livet dit? Det har länge diskuterats hur de till synes slumpmässiga villkoren för liv uppstod i naturen, med många hypoteser som nådde återvändsgränder. Men forskare vid University of Cambridge har nu modellerat hur dessa förhållanden kan uppstå, vilket producerar de nödvändiga ingredienserna för livet i betydande mängder.
Livet styrs av molekyler som kallas proteiner, fosfolipider och nukleotider. Tidigare forskning tyder på att användbara molekyler som innehåller kväve som nitriler - cyanoacetylen(HC3 N) och vätecyanid(HCN)—och isonitriler—isocyanid(HNC) och metylisocyanid(CH3 NC) – skulle kunna användas för att göra dessa byggstenar i livet. Än så länge har det dock inte funnits något tydligt sätt att göra alla dessa i samma miljö i betydande mängder.
I en nyligen publicerad studie publicerad i Life , har gruppen nu funnit att genom en process som kallas grafitisering kan betydande mängder av dessa användbara molekyler teoretiskt tillverkas. Om modellen kan verifieras experimentellt tyder detta på att processen var ett troligt steg för jordens tidiga väg på sin resa mot livet.
Mycket av problemet med tidigare modeller är att en rad andra produkter skapas tillsammans med nitriler. Detta gör ett rörigt system som hindrar bildningen av liv.
"En stor del av livet är enkelhet", säger Dr. Paul Rimmer, biträdande professor i experimentell astrofysik vid Cavendish Laboratory, och medförfattare till studien. "Det är ordning och reda. Det kommer på ett sätt att bli av med en del av komplexiteten genom att kontrollera vilken kemi som kan hända."
Vi förväntar oss inte att liv produceras i en rörig miljö. Så det som är fascinerande är hur grafitisering i sig rengör miljön, eftersom processen uteslutande skapar dessa nitriler och isonitriler, med mestadels inerta biprodukter.
"Först trodde vi att det här skulle förstöra allt, men faktiskt gör det allt så mycket bättre. Det renar kemin", sa Rimmer.
Det betyder att grafitisering kan ge den enkelhet som forskare letar efter och den rena miljö som krävs för livet.
Den hadiska eonen var den tidigaste perioden i jordens historia, då jorden var väldigt annorlunda än vår moderna jord. Påverkan med skräp, ibland storleken på planeter, var inte ovanliga. Studien teoretiserar att när den tidiga jorden träffades med ett föremål som var ungefär lika stort som månen, för cirka 4,3 miljarder år sedan, reagerade järnet som den innehöll med vatten på jorden.
"Något av månens storlek träffade tidigt jorden, och det skulle ha avsatt en stor mängd järn och andra metaller", säger medförfattaren Dr Oliver Shorttle, professor i naturfilosofi vid Institutet för astronomi och institutionen för geovetenskaper i Cambridge.
Produkterna från järn-vattenreaktionen kondenserar till en tjära på jordens yta. Tjäran reagerar sedan med magma vid över 1500°C och kolet i tjäran blir grafit – en mycket stabil form av kol – och det vi använder i moderna blyerts.
"När järnet reagerar med vattnet bildas en dimma som skulle ha kondenserats och blandat sig med jordskorpan. Vid uppvärmning är det som finns kvar, se och häpna, de användbara kvävehaltiga föreningarna", sa Shorttle.
Bevisen för att stödja denna teori kommer delvis från närvaron av komatiitiska stenar. Komatiit är en typ av vulkanisk sten som bildas när mycket varm magma (>1500°C) svalnar.
"Komatiite hittades ursprungligen i Sydafrika. Stenarna går tillbaka till cirka 3,5 miljarder år sedan", sa Shorttle. "Det är avgörande att vi vet att dessa stenar bara bildas vid brännande temperaturer, runt 1700°C. Det betyder att magman redan skulle ha varit tillräckligt varm för att värma tjäran och skapa våra användbara nitriler."
Med länken bekräftad föreslår författarna att kväveinnehållande föreningar skulle framställas via denna metod – eftersom vi ser komatiit vet vi att magmatemperaturen på den tidiga jorden ibland måste ha varit över 1500°C.
Nu måste experiment försöka återskapa dessa förhållanden i labbet och studera om vattnet, som oundvikligen finns i systemet, äter upp kväveföreningarna och bryter isär dem.
"Även om vi inte vet säkert att dessa molekyler startade livet på jorden, vet vi att livets byggstenar måste vara gjorda av molekyler som överlevde i vatten," sa Rimmer. "Om framtida experiment visar att nitrilerna faller sönder, då måste vi leta efter ett annat sätt."
Mer information: Paul B. Rimmer et al, A Surface Hydrothermal Source of Nitriles and Isonitriles, Life (2024). DOI:10.3390/life14040498
Tillhandahålls av University of Cambridge
