Mgła z mikrobłyskawicami źródłem życia na Ziemi? Nowa rewolucyjna teoria

W tym artykule:

1. Na czym polegał eksperyment Millera-Ureya
2. Elektryczność tak, pioruny nie
3. Jak powstało życie: nowe wyjaśnienie
4. Życie wzięło się z wodospadów?

Miliardy lat temu na Ziemi obecne już były wszystkie składniki niezbędne do powstania żywych organizmów. Węgiel wchodził w skład cząsteczek metanu, azot – amoniaku, na planecie znajdowała się również woda. Brakowało tylko najważniejszego elementu: cząsteczek organicznych, w których węgiel łączyłby się z azotem.

To właśnie z nich składa się życie. Cząsteczki zawierające węgiel i azot są niezbędne do powstania białek, enzymów, DNA i RNA. Najważniejsze pytanie dotyczące początków życia brzmi zatem: w jaki sposób na bardzo młodej Ziemi cząsteczki zawierające węgiel (jak metan) zaczęły łączyć się z cząsteczkami zawierającymi azot (jak amoniak)?

Na czym polegał eksperyment Millera-Ureya

W 1952 roku Stanley Miller, chemik i biolog, przeprowadził jeden z najsłynniejszych eksperymentów w historii nauki. Polegał on na otworzenia w laboratorium warunków, jakie panowały w atmosferze bardzo młodej Ziemi. Miller, pod kierunkiem noblisty Harolda Ureya, przygotował mieszaninę metanu, amoniaku, wodoru i wody. Kiedy przepuścił przez nią prąd elektryczny, w wyniku reakcji chemicznych powstały aminokwasy. Aminokwasy budują białka i zawierają wiązania węglowo-azotowe.

Doświadczenie wykazało, że kluczowym czynnikiem, jakie doprowadził do uformowania się „cegiełek życia”, była elektryczność. Dawno temu miały zapewnić ją pioruny. Test Millera-Ureya (powtórzony z sukcesem w 2007 roku) wsparł hipotezę, że to właśnie wyładowania elektryczne w pierwotnej atmosferze planety doprowadziły do reakcji chemicznych, dzięki którym powstały pierwsze związki organiczne.

Elektryczność tak, pioruny nie

Teoria ta miała jednak pewną wadę. Otóż do uformowania się aminokwasów na masową skalę potrzeba byłoby bardzo wielu piorunów. Zdaniem niektórych, gdyby tylko one „dostarczały” wyładowań elektrycznych niezbędnych do zajścia reakcji chemicznych, zjawisk tych byłoby zwyczajnie za mało, by ok. 4 mld lat temu mogło powstać życie.

Pomysłowe rozwiązanie problemu znalazł właśnie Richard Zare z Uniwersytetu Stanforda. Naukowiec wraz z zespołem wykazał, że elektryczność – kluczowy element eksperymentu Stanleya – wcale nie musiała pochodzić z potężnych wyładowań atmosferycznych. Tylko z wody. A konkretnie: z mgiełki składającej się z rozpylonych kropelek, jaka unosi się np. nad wodospadami.

Jak powstało życie: nowe wyjaśnienie

Naukowcy kierowani przez Zare’a rozpylali wodę i wpuszczali taką mgiełkę do mieszaniny gazów użytych w eksperymencie Millera. To wystarczyło, by powstały związki chemiczne oparte na węglu i azocie. Nie było potrzebne żadne zewnętrzne źródło energii elektrycznej.

Dlaczego? Bo dostarczały jej same krople wody. Większe z nich często były naładowane dodatnio. Mniejsze – ujemnie. Kiedy krople o przeciwnych ładunkach zbliżyły się do siebie na odległość rzędu nanometrów, przeskakiwały między nimi iskry. Zare nazwał je „mikrobłyskawicami", ponieważ ten sam proces odpowiada za gromadzenie i rozładowywanie energii w chmurach w postaci błyskawic.

Następnie badacze użyli kamer wysokiej prędkości, aby udokumentować niezauważalne dla nas błyski światła. Jak się okazało, wyładowania uwalniały energię 12 elektronowoltów. To wystarczyło, by zainicjować odpowiednie reakcje chemiczne.

Życie wzięło się z wodospadów?

– Mikroelektryczne wyładowania między przeciwnie naładowanymi mikrokroplami wody wytwarzają wszystkie cząsteczki organiczne obserwowane wcześniej w eksperymencie Millera-Ureya – powiedział Zare. – Proponujemy, że jest to nowy mechanizm prebiotycznej syntezy cząsteczek, które stanowią budulec życia – dodał.

Tym samym warunki dogodne do powstania życia pojawiłyby się wszędzie tam, gdzie masy wody zderzałyby się ze skałami lub ze sobą, tak by powstawała mgiełka. A więc np. przy wodospadach albo kamienistych brzegach, w które uderzałyby fale. Skalne szczeliny stałyby się idealnymi „próbówkami”, gdzie na masową skalę tworzyłyby się aminokwasy. A z nich – bardziej skomplikowane cząsteczki, z których ostatecznie formowałyby się proste mikroorganizmy. Badania zespołu Zare’a zostały opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.

Źródła: Science Advances, phys.org, New Scientist

Nasza autorka

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”.