Jak mohlo bouřlivé slunce zahájit život na Zemi

Jak mohlo bouřlivé slunce zahájit život na Zemi

Nedávná studie naznačuje, že základní složky života na Zemi mohly pocházet ze slunečních erupcí. Výzkum ukázal, že srážka molekul Slunce s plyny v primordiální atmosféře Země by mohla produkovat aminokyseliny a karboxylové kyseliny, které jsou stavebními kameny pro bílkoviny a organický život. Na základě dat z mise NASA Kepler vědci navrhli, že během její rané fáze superflare budou energetické částice ze Slunce pravidelně interagovat s naší atmosférou a spouštět základní chemické reakce. Experimentální iterace ukázaly, že molekuly slunce se zdají být pro syntézu aminokyselin a karboxylových kyselin účinnějším zdrojem energie než blesk. Poděkování: NASA/Goddard Space Flight Center

Nová studie předpokládá, že první stavební kameny života na Zemi, totiž[{“ 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.

Early Earth Astrobiology Artist Concept

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.

Energie z našeho mladého Slunce před 4 miliardami let pomohla vytvořit molekuly v zemské atmosféře, které jim umožnily zahřát se natolik, aby v nich mohl být život. Poděkování: Goddard Space Flight Center NASA/Jenna Duberstein

„Jakmile jsem publikoval ten článek, kontaktoval mě tým z Yokohamské národní univerzity z Japonska,“ řekl Airapetian.

Dr. Kobayashi, tamní profesor chemie, strávil posledních 30 let studiem chemie prebiotik. Snažil se pochopit, jak mohlo galaktické kosmické záření – částice mimo naši sluneční soustavu – ovlivnit atmosféru rané Země. „Většina výzkumníků ignoruje galaktické kosmické záření, protože vyžaduje specializované vybavení, jako jsou urychlovače částic,“ řekl Kobayashi. „Měl jsem to štěstí, že jsem měl přístup k několika z nich v blízkosti našich zařízení.“ Mírné úpravy Kobayashiho experimentálního nastavení by mohly otestovat Airapetianovy nápady.

Airapetian a Kobayashi a jejich spolupracovníci vytvořili směs plynů, která odpovídá rané atmosféře Země, jak ji dnes chápeme. Zachycovali oxid uhličitý, molekulární dusík, vodu a různé množství metanu. (Podíl metanu v rané zemské atmosféře je nejistý, ale předpokládá se, že je nízký.) Směs plynu vystřelili protony (simulují sluneční částice) nebo ji zapálili jiskrovým výbojem (simulovali blesk), opakovali Miller-Ureyův experiment pro srovnání.

Dokud byl obsah metanu vyšší než 0,5 %, produkovaly směsi uvolněné protony (částice sluneční energie) detekovatelná množství aminokyselin a karboxylových kyselin. Ale jiskrové (blesk) výboje vyžadují koncentraci metanu asi 15 %, než se vůbec mohou vytvořit nějaké aminokyseliny.

„I když je přítomno 15 % metanu, rychlost produkce aminokyselin bleskem je milionkrát nižší než produkce protonů,“ dodal Airapetian. Protony mají také tendenci produkovat více karboxylových kyselin (prokurátorů aminokyselin) než těch, které se zapálí jiskrovým výbojem.

Detailní záběr na sluneční erupci

Detailní záběr na solární sopečnou erupci, včetně sluneční erupce, koronální ejekce hmoty a ejekce sluneční hmoty. Poděkování: Goddard Space Flight Center NASA

Když jsou všechny ostatní stejné, sluneční částice se zdají být účinnějším zdrojem energie než blesk. Všechno ostatní pravděpodobně nebylo stejné, navrhl Airapetian. Miller a Urey předpokládali, že blesky byly v době „teplého rybníčku“ stejně běžné jako dnes. Ale blesky, které pocházejí z bouřkových mraků vytvořených ze stoupajícího teplého vzduchu, by byly při slabém slunečním světle asi o 30 % vzácnější.

„Během chladných podmínek nikdy nemáte blesky a raná Země byla pod velmi slabým sluncem,“ řekl Airapetian. „To neznamená, že nemohl pocházet z blesku, ale blesk se nyní zdá být méně pravděpodobný a sluneční částice se zdají pravděpodobnější.“

Tyto experimenty naznačují, že naše mladé, energetické Slunce mohlo indukovat předchůdce života snadněji a možná dříve, než se dříve předpokládalo.

Reference: „Tvorba aminokyselin a karboxylových kyselin při slabé redukci planetárních atmosfér slunečními částicemi z mladého Slunce“ od Kensei Kobayashi Jun-ichi Ise, Ryuhei Aoki, Mei Kinoshita, Koki Naito, Takumi Udo, Bhagawati Konivore Takahashi Shibata, Hajime Mita, Hitoshi Fukuda, Yoshiyuki Oguri Kimitaka Kawamura, Yoko Kibukawa a Vladimir S. Irpetian, 28. dubna 2023 K dispozici zde. život.
DOI: 10.3390/life13051103

READ  Argentinští vědci objevili dinosaura s tenkými pažemi a tvrdou hlavou | dinosauři

You May Also Like

About the Author: Waldo Kemp

"Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč."

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *