Fırtınalı bir güneş Dünya’da yaşamı nasıl başlatmış olabilir?

Yeni bir çalışma, Dünya’daki yaşamın ilk yapı taşlarının, yani[{” 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.

4 milyar yıl önce genç Güneşimizden gelen enerji, Dünya atmosferinde yaşamı barındıracak kadar ısınmalarına izin veren moleküllerin oluşmasına yardımcı oldu. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi/Jenna Duberstein

Airapetian, “Bu makaleyi yayımlar yayınlamaz, Yokohama Ulusal Üniversitesi’nden bir ekip Japonya’dan benimle temasa geçti” dedi.

Orada kimya profesörü olan Dr. Kobayashi, son 30 yılını prebiyotiklerin kimyasını inceleyerek geçirmişti. Galaktik kozmik ışınların – güneş sistemimizin dışından gelen parçacıklar – erken Dünya atmosferini nasıl etkilemiş olabileceğini anlamaya çalışıyordu. Kobayashi, “Galaktik kozmik ışınlar, parçacık hızlandırıcılar gibi özel ekipman gerektirdikleri için çoğu araştırmacı tarafından göz ardı ediliyor” dedi. “Tesislerimizin yakınında bunlardan birkaçına erişebilecek kadar şanslıydım.” Kobayashi’nin deney düzeneğinde yapılacak küçük değişiklikler, Airapetian’ın fikirlerini test edebilir.

Airapetian ve Kobayashi ve işbirlikçileri, bugün anladığımız şekliyle erken Dünya atmosferine karşılık gelen bir gaz karışımı yarattılar. Karbon dioksit, moleküler nitrojen, su ve değişken miktarda metan topladılar. (Erken Dünya atmosferindeki metan oranı belirsizdir, ancak düşük olduğu düşünülmektedir.) Miller-Urey deneyini tekrarlayarak gaz karışımını protonlarla (güneş parçacıklarını simüle ederek) püskürttüler veya bir kıvılcım deşarjıyla (yıldırımı simüle ederek) ateşlediler. karşılaştırmak.

Metan içeriği %0,5’ten fazla olduğu sürece, protonlar (güneş enerjisi parçacıkları) tarafından salınan karışımlar saptanabilir miktarlarda amino asitler ve karboksilik asitler üretti. Ancak kıvılcım (yıldırım) deşarjları, herhangi bir amino asidin oluşabilmesi için yaklaşık %15’lik bir metan konsantrasyonu gerektirir.

Airapetian, “Yüzde 15 metan mevcut olduğunda bile, yıldırımın amino asit üretme hızı, proton üretiminden bir milyon kat daha düşük” diye ekledi. Protonlar ayrıca kıvılcım deşarjı ile tutuşanlardan daha fazla karboksilik asit (amino asit tedarikçileri) üretme eğilimindedir.

Bir güneş patlaması, koronal kütle fırlatma ve güneş kütlesi fırlatma olayını içeren bir güneş volkanik patlamasının yakından görünümü. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Her şey eşit olduğunda, güneş parçacıkları yıldırımdan daha verimli bir enerji kaynağı gibi görünüyor. Airapetian, diğer her şeyin muhtemelen eşit olmadığını öne sürdü. Miller ve Urey, “sıcak küçük gölet” zamanında şimşeğin bugün olduğu kadar yaygın olduğunu varsaydılar. Ancak yükselen sıcak havadan oluşan gök gürültüsü bulutlarından gelen şimşek, loş güneş ışığı altında yaklaşık %30 daha seyrek olurdu.

Airapetian, “Soğuk koşullarda, asla şimşek olmaz ve Dünya’nın erken dönemleri çok loş bir güneş altındaydı.” Dedi. “Bu, şimşekten gelemeyeceği anlamına gelmez, ancak şimşek şu anda daha az olası görünüyor ve güneş parçacıkları daha olası görünüyor.”

Bu deneyler, genç, enerjik Güneşimizin yaşamın öncüllerini daha önce varsayıldığından daha kolay ve belki de daha önce başlatmış olabileceğini gösteriyor.

Referans: “Genç Güneşten Güneş Partikülleri Tarafından Gezegensel Atmosferlerin Zayıf Azaltılmasında Amino Asitler ve Karboksilik Asitlerin Oluşumu”, Kensei Kobayashi Jun-ichi Ise, Ryuhei Aoki, Mei Kinoshita, Koki Naito, Takumi Udo, Bhagawati Konivore Takahashi, Hiromi Shibata, Hajime Mita, Hitoshi Fukuda, Yoshiyuki Oguri Kimitaka Kawamura, Yoko Kibukawa ve Vladimir S. Irpetian, 28 Nis 2023 Buradan ulaşabilirsiniz. hayat.
DOI: 10.3390/life13051103