Nedávna štúdia naznačuje, že primárne zložky života na Zemi mohli pochádzať zo slnečných výbuchov. Výskum ukázal, že slnečné častice, ktoré sa zrážajú s plynmi v primitívnej atmosfére Zeme, môžu produkovať aminokyseliny a karboxylové kyseliny, ktoré sú základom bielkovín a biologického života. Pomocou údajov z misie NASA Kepler výskumníci navrhli, že energetické častice zo Slnka počas svojej ranej fázy superflare pravidelne interagujú s našou atmosférou a spúšťajú potrebné chemické reakcie. Experimentálna replikácia ukázala, že slnečné častice sa zdajú byť efektívnejším zdrojom energie ako elektrina na tvorbu aminokyselín a karboxylových kyselín. Poďakovanie: NASA / Goddard Space Flight Center
Nová štúdia naznačuje, že najskoršie stavebné kamene života na Zemi, a to[{“ attribute=““>amino acids and carboxylic acids, may have been formed due to solar eruptions. The research suggests that energetic particles from the sun during its early stages, colliding with Earth’s primitive atmosphere, could have efficiently catalyzed essential chemical reactions, thus challenging the traditional “warm little pond” theory.
The first building blocks of life on Earth may have formed thanks to eruptions from our Sun, a new study finds.
A series of chemical experiments show how solar particles, colliding with gases in Earth’s early atmosphere, can form amino acids and carboxylic acids, the basic building blocks of proteins and organic life. The findings were published in the journal Life.
To understand the origins of life, many scientists try to explain how amino acids, the raw materials from which proteins and all cellular life, were formed. The best-known proposal originated in the late 1800s as scientists speculated that life might have begun in a “warm little pond”: A soup of chemicals, energized by lightning, heat, and other energy sources, that could mix together in concentrated amounts to form organic molecules.
Artist’s concept of Early Earth. Credit: NASA
In 1953, Stanley Miller of the University of Chicago tried to recreate these primordial conditions in the lab. Miller filled a closed chamber with methane, ammonia, water, and molecular hydrogen – gases thought to be prevalent in Earth’s early atmosphere – and repeatedly ignited an electrical spark to simulate lightning. A week later, Miller and his graduate advisor Harold Urey analyzed the chamber’s contents and found that 20 different amino acids had formed.
“That was a big revelation,” said Vladimir Airapetian, a stellar astrophysicist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and coauthor of the new paper. “From the basic components of early Earth’s atmosphere, you can synthesize these complex organic molecules.”
But the last 70 years have complicated this interpretation. Scientists now believe ammonia (NH3) and methane (CH4) were far less abundant; instead, Earth’s air was filled with carbon dioxide (CO2) and molecular nitrogen (N2), which require more energy to break down. These gases can still yield amino acids, but in greatly reduced quantities.
Seeking alternative energy sources, some scientists pointed to shockwaves from incoming meteors. Others cited solar ultraviolet radiation. Airapetian, using data from NASA’s Kepler mission, pointed to a new idea: energetic particles from our Sun.
Kepler observed far-off stars at different stages in their lifecycle, but its data provides hints about our Sun’s past. In 2016, Airapetian published a study suggesting that during Earth’s first 100 million years, the Sun was about 30% dimmer. But solar “superflares” – powerful eruptions we only see once every 100 years or so today – would have erupted once every 3-10 days. These superflares launch near-light speed particles that would regularly collide with our atmosphere, kickstarting chemical reactions.
Energia z nášho mladého Slnka – pred 4 miliardami rokov – pomohla vytvoriť molekuly v zemskej atmosfére, ktoré umožnili jej zahriatie dostatočne na to, aby sa mohol vyvinúť život. Poďakovanie: Goddard Space Flight Center NASA / Jenna Duberstein
„Hneď ako som publikoval tento článok, tím z Yokohamskej národnej univerzity z Japonska ma kontaktoval,“ povedal Arapetyan.
Tam Dr. Kobayashi, profesor chémie, strávil posledných 30 rokov štúdiom prebiotickej chémie. Snažil sa pochopiť, ako mohlo galaktické kozmické žiarenie – častice pochádzajúce mimo našej slnečnej sústavy – ovplyvniť ranú atmosféru Zeme. „Väčšina vyšetrovateľov ignoruje galaktické kozmické žiarenie, pretože vyžaduje špeciálne vybavenie, ako sú urýchľovače častíc,“ povedal Kobayashi. „Mal som to šťastie, že som mal prístup k niekoľkým z nich v blízkosti našich zariadení.“ Drobné zmeny v Kobayashiho experimentálnom nastavení umožnili otestovať Arapetianove nápady.
Arapetyan, Kobayashi a ich kolegovia vytvorili zmes plynov, ktorá zodpovedala ranej atmosfére Zeme, ako ju dnes chápeme. Zmiešali oxid uhličitý, molekulárny dusík, vodu a premenlivé množstvo metánu. (Podiel metánu v ranej atmosfére Zeme je neistý, ale predpokladá sa, že je nízky.) Zmes plynov vystrelili protónmi (simulujú slnečné častice) alebo ich zapálili iskrovým výbojom (simulujú blesk), pre porovnanie Duplikovali Miller-Ureyov experiment .
Pokiaľ bol podiel metánu väčší ako 0,5 %, protónové (solárne častice) vystrelené zmesi produkovali detekovateľné množstvá aminokyselín a karboxylových kyselín. Ale iskrový výboj (blesk) vyžaduje koncentráciu metánu asi 15%, kým sa vytvoria aminokyseliny.
„A aj pri 15 % metáne je rýchlosť produkcie aminokyselín z elektriny miliónkrát nižšia ako u protónov,“ povedal Arapetyan. Protóny tiež produkujú viac karboxylových kyselín (prekurzorov aminokyselín) ako tých, ktoré sa zapália pri iskrovom výboji.
Detailný záber na slnečnú erupciu vrátane slnečnej erupcie, slnečnej erupcie, výronu koronálnej hmoty a udalosti slnečnej energetickej častice. Poďakovanie: Goddard Space Flight Center NASA
Ak sú všetky ostatné rovnaké, slnečné častice sa zdajú byť účinnejším zdrojom energie ako elektrina. Ale všetko ostatné nebolo rovnako pravdepodobné, navrhol Ariapetian. Miller a Ure predpokladali, že elektrina bola v čase „teplého jazierka“ taká bežná ako dnes. Ale blesky, ktoré pochádzajú z búrkových oblakov vytvorených stúpajúcim teplým vzduchom, by boli pri 30% slabom Slnku vzácne.
„V mrazivých podmienkach nikdy nemáte elektrinu a raná Zem mala veľmi málo slnečného svetla,“ povedal Arapetian. „Nehovorím, že to nemohlo pochádzať z blesku, ale blesk je teraz menej pravdepodobný a slnečné častice pravdepodobnejšie.“
Tieto experimenty naznačujú, že naše aktívne mladé Slnko mohlo katalyzovať predchodcov života pohotovejšie a možno skôr, než sme si mysleli.
Referencia: „Tvorba aminokyselín a karboxylových kyselín v atmosférach slabo redukujúcich planét slnečnými energetickými časticami z mladého Slnka“ Kensei Kobayashi Jun-ichi Ise, Ryohei Aoki, Mie Kinoshita, Koki Naito, Takumi Udo, Bhagwati Kunwar, Takahashi, Hiromi Shibata, Hajime Mita, Hitoshi Fukuda, Yoshiyuki Oguri, Kimitaka Kawamura, Yoko Kebukawa a Vladimir S. Airapetian, 28. apríla 2023, k dispozícii tu. života,
DOI: 10,3390/život 13051103
