211service.com
Hur blixtnedslag kan förklara livets ursprung – på jorden och på andra håll
Johannes Plenio/Pexels
Sökandet efter liv på andra planeter är ungefär som matlagning. (Hålla med mig en sekund.) Du kan ha alla ingredienser på ett ställe – vatten, ett varmt klimat och tjock atmosfär, de rätta näringsämnena, organiskt material och en energikälla – men om du inte har några processer eller förhållanden som faktiskt kan göra något med dessa ingredienser, du har bara en massa råvaror som går ingenstans.
Så ibland behöver livet en gnista av inspiration – eller kanske flera biljoner av dem. En ny studie publicerad i Nature Communications antyder att blixtnedslag kan ha varit en nyckelkomponent för att göra fosfor tillgänglig för organismer att använda när livet på jorden först dök upp för cirka 3,5 miljarder år sedan. Fosfor är viktigt för att göra DNA, RNA, ATP (energikällan för allt känt liv) och andra biologiska komponenter som cellmembran.
Den här studien var faktiskt en lycklig upptäckt, säger Benjamin Hess, forskare vid Yale University och huvudförfattare till det nya dokumentet. Det öppnar nya möjligheter för hitta liv på jordliknande planeter .
Det här är inte första gången blixtar har föreslagits som en viktig del av det som gjorde livet möjligt på jorden. Laboratorieexperiment har visat att organiska material som producerats av blixtnedslag kunde ha inkluderat prekursorföreningar som aminosyror (som kan gå samman för att bilda proteiner).
Den här nya studien diskuterar blixtens roll på ett annat sätt. En stor fråga som forskare alltid har funderat på har att göra med hur tidigt liv på jorden fick tillgång till fosfor. Även om det fanns gott om vatten och koldioxid att arbeta med för miljarder år sedan, var fosfor insvept i olösliga, oreaktiva bergarter. Med andra ord var fosforn i princip inlåst för gott.
Hur fick organismer tillgång till detta väsentliga element? Den rådande teorin har varit att meteoriter levererade fosfor till jorden i form av ett mineral som kallas schreibersite - som kan lösas upp i vatten, vilket gör det lätt tillgängligt för livsformer att använda. Det stora problemet med denna idé är att när livet började för över 3,5 till 4,5 miljarder år sedan, minskade meteoriteffekterna exponentiellt. Planeten behövde mycket fosforinnehållande schreibersite för att upprätthålla liv. Och meteoritnedslag skulle också ha varit destruktiva nog för att, ja, döda livet i förtid (se: dinosaurierna) eller förånga det mesta av den schreibersite som levereras.
Hess och hans kollegor tror att de har hittat lösningen. Schreibersite finns också i glasmaterial som kallas fulguriter, som bildas när belysning träffar jorden. När fulgurit bildas, innehåller det fosfor från terrestra bergarter. Och det är lösligt i vatten.
Författarna till den nya studien samlade in fulgurit som hade producerats genom att belysning träffade marken i Illinois 2016, till en början bara för att studera effekterna av extrem blixtuppvärmning som bevaras i dessa typer av prover. De fann att fulguritprovet var gjord av 0,4 % schreibersite.
Därifrån var det bara en fråga om att beräkna hur mycket schreibersite som kunde ha producerats av blixten för miljarder år sedan, ungefär när det första livet uppstod på jorden. Det finns en mängd litteratur som uppskattar uråldriga nivåer av atmosfärisk koldioxid, en bidragande faktor till blixtnedslag. Beväpnad med en förståelse för hur koldioxidtrender korrelerar med blixtnedslag, använde teamet dessa data för att avgöra hur mycket blixtnedslag skulle ha varit utbredd då.
Hess och kollegor fastställde att biljoner blixtnedslag kunde ha producerat 110 till 11 000 kilo schreibersite varje år. Under den tiden borde denna aktivitet ha gjort tillräckligt med fosfor tillgängligt för att uppmuntra levande organismer att växa och föröka sig - och mycket mer än vad som skulle ha producerats genom meteoritnedslag.
Det här är intressanta saker för att förstå jordens historia, men det öppnar också för en ny syn på att tänka på livet på andra håll. Det här är en mekanism som kan fungera på planeter där meteoritnedslag har blivit sällsynta, säger Hess. Denna livs-genom-blixtmodell är begränsad till miljöer med grunt vatten – blixtar måste producera fulgurit i områden där den kan lösas upp ordentligt för att frigöra fosfor, men där den inte går förlorad i en stor vattenmassa. Men den här gränsen behöver inte nödvändigtvis vara en dålig sak. I en tid då astrobiologi är besatt av havsvärldar, sätter studien tillbaka fokus på platser som Mars som inte har varit nedsänkt i globala vatten.
För att vara tydlig, tyder studien inte på att meteoritnedslag inte spelar någon roll för att göra fosfor tillgänglig för liv. Och Hess betonar att andra mekanismer, som hydrotermiska ventiler, helt enkelt kan kringgå behovet av antingen meteoriter eller blixtar.
Och slutligen, för över 3,5 miljarder år sedan såg jorden inte ut som den gör idag. Det är inte helt klart att det fanns tillräckligt med sten exponerad för luften - där den kunde träffas av blixten och leda till produktion av schreibersite - för att göra fosfor tillgänglig.
Hess kommer att låta andra forskare hantera dessa frågor, eftersom studien ligger utanför hans normala arbete. Men jag hoppas att detta kommer att få folk att uppmärksamma fulguriter och testa dessa mekanismers livskraft ytterligare, säger han. Jag hoppas att vår forskning kommer att hjälpa oss när vi överväger om vi ska söka efter liv i grunt vatten, som vi för närvarande befinner oss på Mars.