حدد الباحثون في جامعة كامبريدج عملية تسمى الجرافيت، والتي يعتقدون أنها ربما تكون قد خلقت جزيئات أساسية لبناء الحياة مثل البروتينات والدهون الفوسفاتية والنيوكليوتيدات على الأرض المبكرة. وتظهر هذه العملية، التي أبرزتها دراسة نشرت في مجلة الحياة، أن درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن التأثيرات السماوية والتفاعلات مع الحديد والماء تسهل البيئات الكيميائية المناسبة لتكوين المكونات الضرورية للحياة.
يقترح الباحثون في جامعة كامبريدج أن الجزيئات الأساسية لتطور الحياة ربما نشأت من عملية تسمى الجرافيت. وإذا تم تأكيد ذلك من خلال التجارب المعملية، فسوف يمكننا من محاكاة الظروف التي ربما أدت إلى أصل الحياة.
كيف وصلت المواد الكيميائية الضرورية للحياة إلى هناك؟
لقد نوقشت منذ فترة طويلة كيفية نشوء الظروف الصدفة للحياة في الطبيعة، حيث وصلت العديد من الفرضيات إلى طريق مسدود. ومع ذلك، قام الباحثون في جامعة كامبريدج الآن بوضع نموذج لكيفية حدوث هذه الظروف وإنتاج المواد اللازمة للحياة على نطاق واسع.
تحكم الحياة جزيئات تسمى البروتينات والدهون الفوسفاتية والنيوكليوتيدات. تشير الأبحاث السابقة إلى أن الجزيئات التي تحتوي على النيتروجين مثل النتريل مفيدة. سيانو أسيتيلين(HC3N) و سيانيد الهيدروجين(HCN) – والأيزونيتريل – ايزوسيانيد(إتش إن سي) و ميثيل ايزوسيانيد(CH3NC) – يمكن استخدامها لبناء لبنات الحياة هذه. ومع ذلك، لا توجد حتى الآن طريقة واضحة لإنشاء كل هذه العناصر في بيئة واحدة على نطاق واسع.
وفي دراسة حديثة نشرت في حياةوقد وجد الفريق الآن أنه من خلال عملية تسمى الجرافيت، من الممكن نظريًا إنشاء كميات كبيرة من هذه الجزيئات المفيدة. إذا أمكن التحقق من النموذج تجريبيًا، فهذا يشير إلى أن هذه العملية قد تكون خطوة على الطريق إلى الحياة على الأرض المبكرة.
لماذا كانت هذه العملية أطول من غيرها؟
المشكلة في النماذج السابقة هي أنه تم تطوير مجموعة من المنتجات الأخرى جنبًا إلى جنب مع النتريل. وهذا يخلق نظامًا فوضويًا يمنع خلق الحياة.
وقال الدكتور بول ريمر، الأستاذ المساعد في الفيزياء الفلكية التجريبية في مختبر كافنديش والمؤلف المشارك للدراسة: “جزء كبير من الحياة هو البساطة”. “هذا هو النظام.” فهو يوفر طريقة للتخلص من بعض المشاكل من خلال التحكم في ما يمكن أن يحدث في الكيمياء.
نحن لا نتوقع أن تتطور الحياة في بيئة فوضوية. لذلك، من المثير للدهشة كيف ينظف الجرافيت البيئة، حيث تنتج العملية حصريًا هذه النتريل والأيزونيتريل، غالبًا مع منتجات جانبية خاملة.
تمثيل تخطيطي للسيناريو الذي نقترحه هنا لإنتاج نظيف وعالي الإنتاجية للمواد الخام قبل الحيوية. تتحرك الأحداث في اتجاه عقارب الساعة من أعلى اليسار: أولاً، تتمتع الأرض بغلاف جوي محايد. إنه ينتج H ضخمًا عن طريق أكسدة القلب المعدني للصدمة بعد اصطدام عملاق بقوة 4.3 جيجا.2 الغلاف الجوي مع كميات كبيرة من الميثان والأمونيا. نظرًا لأن هذا الغلاف الجوي يبرد بسرعة (في أقل من سنة واحدة)، تنتج الكيمياء الضوئية ضبابًا غنيًا بالوشاح الذي يترسب مواد عضوية معقدة غنية بالنيتروجين. يتم دفن هذه الكائنات تدريجيًا ورسمها بالجرافيت عن طريق ملامستها للصهارة. الاجواء صافية مثل H2 ضاع في الفضاء وتم تحييده مرة أخرى. وأخيرًا، تتفاعل الغازات المنصهرة مع الجرافيت ويتم فركها لإنتاج نسبة عالية من HCN وHC النقي.3N، والأيزونيتريل. الائتمان: أوليفر شورت
“في البداية، اعتقدنا أنه سيفسد كل شيء، لكنه في الواقع يجعل كل شيء أفضل بكثير. قال ريمر: “إنه ينظف الكيمياء”.
وهذا يعني أن الجرافيت يمكن أن يوفر البساطة والبيئة النظيفة التي يبحث عنها العلماء.
كيف تعمل هذه العملية؟
كان عصر الهاديان هو الفترة في تاريخ الأرض عندما كانت الأرض مختلفة تمامًا عن أرضنا الحديثة. التأثيرات الناتجة عن الحطام، والتي تكون في بعض الأحيان بحجم كوكبي، لم يُسمع بها من قبل. وتقول الدراسة إنه عندما اصطدمت الأرض المبكرة بجسم بحجم القمر قبل حوالي 4.3 مليار سنة، تفاعل الحديد الموجود فيها مع الماء الموجود على الأرض.
وقال المؤلف المشارك الدكتور أوليفر شورت، أستاذ الفلسفة الطبيعية في معهد علم الفلك وعلوم الأرض في كامبريدج: “لقد ضرب شيء بحجم القمر الأرض المبكرة، وكان من الممكن أن يودع كميات كبيرة من الحديد والمعادن الأخرى”.
تتكثف منتجات تفاعل الحديد والماء على شكل قطران على سطح الأرض. ثم يتفاعل القطران مع الصهارة عند درجة حرارة 1500 درجة مئوية ويتحول الكربون الموجود في القطران إلى جرافيت – وهو الشكل الأكثر ثباتًا للكربون – وهو ما نستخدمه في أقلام الرصاص الحديثة!
“بمجرد تفاعل الحديد مع الماء، يتكون الضباب الذي يتكاثف ويمتزج مع القشرة الأرضية. وقال شورتل: “عندما يتم تسخينها، فإن ما تبقى هو مركبات مفيدة تحتوي على النيتروجين”.
ما هي الأدلة هناك لدعم هذه الفكرة؟
الأدلة التي تدعم هذه النظرية تأتي جزئيًا من وجود صخور كوماتيتية. الكوماتايت هو نوع من الصخور النارية التي تتشكل عندما تبرد الصهارة الساخنة جدًا (> 1500 درجة مئوية).
تم اكتشاف الكوماتايت لأول مرة في جنوب أفريقيا. وقال شورتل: “يبلغ عمر الصخور حوالي 3.5 مليار سنة”. والأهم من ذلك أننا نعلم أن هذه الصخور تتشكل فقط عند درجات حرارة تبلغ حوالي 1700 درجة مئوية! وهذا يعني أن الصهارة كانت بالفعل ساخنة بدرجة كافية لتسخين القطران لتكوين النتريل المفيد.
وبينما تم تأكيد الارتباط، يشير المؤلفون إلى أن المركبات المحتوية على النيتروجين تم إنتاجها بهذه الطريقة. لأننا نرى الكوماتايت، فإننا نعلم أن درجات حرارة الصهارة على الأرض المبكرة لا بد أنها تجاوزت 1500 درجة مئوية في بعض الأحيان.
ماذا بعد؟
والآن يجب على التجارب أن تحاول إعادة خلق هذه الظروف في المختبر، وفحص حتما ما إذا كان الماء الموجود في النظام يأكل مركبات النيتروجين ويكسرها.
وقال ريمر: “على الرغم من أننا لا نعرف على وجه اليقين أن هذه الجزيئات بدأت الحياة على الأرض، إلا أننا نعلم أن اللبنات الأساسية للحياة يجب أن تكون قد تم إنشاؤها من جزيئات نجت في الماء”. “إذا أظهرت التجارب المستقبلية أن جميع النتريلات تتحلل، فسيتعين علينا البحث في مكان آخر.”
ملحوظة: بول ب. ريمر وأوليفر شورت، 10 أبريل 2024، “المصادر الحرارية المائية السطحية للنتريل والإيزونيتريل” حياة.
دوى: 10.3390/life14040498
تم تمويل الدراسة من قبل منحة أبحاث كامبريدج لعلوم الكواكب والحياة في الكون.
