Τα βασικά σημεία του άρθρου
- Προσομοιώνοντας ένα δισεκατομμύριο χρόνια της ιστορίας της Γης, οι ερευνητές εντόπισαν ένα πιθανό «παράθυρο» για την εμφάνιση της πιο πρώιμης χημείας της ζωής, περίπου πριν από 4,33 δισεκατομμύρια χρόνια.
- Κατά τα πρώτα λίγα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια της, η Γη ήταν ένας αφιλόξενος τόπος, με ασταμάτητους βομβαρδισμούς που μπορούσαν να αποστειρώσουν τον επιφανειακό φλοιό και να καταστρέψουν τις χημικές προδρομικές ενώσεις της ζωής.
- Οι ίδιες προσκρούσεις που απειλούσαν τα εύθραυστα μόρια θα μπορούσαν παράλληλα να δημιουργήσουν υδροθερμικά συστήματα, ενώ «μη αποστειρωμένες» περιοχές του φλοιού επεκτάθηκαν καθώς οι βομβαρδισμοί γίνονταν λιγότερο συχνοί.
Προσομοιώνοντας ένα δισεκατομμύριο χρόνια της ιστορίας της Γης, οι ερευνητές εντόπισαν ένα πιθανό «παράθυρο» για την εμφάνιση της πιο πρώιμης χημείας της ζωής, περίπου πριν από 4,33 δισεκατομμύρια χρόνια.
Κατά τα πρώτα λίγα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια της, η Γη ήταν ένας αφιλόξενος τόπος. Αστεροειδείς, κομήτες και απομεινάρια πλανητικών αστερίσκων (μικρότερα σώματα που απέμειναν από τον σχηματισμό των πλανητών) σφυροκοπούσαν ασταμάτητα τον πλανήτη, παράγοντας έντονη θερμότητα που μπορούσε να αποστειρώσει τον επιφανειακό φλοιό και να καταστρέψει τις χημικές προδρομικές ενώσεις της ζωής.
Για να ριζώσουν τα βιολογικά συστήματα, τα ευαίσθητα μόριά τους απαιτούσαν παρατεταμένες περιόδους ώστε να σχηματιστούν, να παραμείνουν ανέπαφα και να αλληλεπιδράσουν. Οι ερευνητές ενδιαφέρονται ιδιαίτερα να ανακαλύψουν πότε εμφανίστηκε αυτή η σταθερότητα για τον «Κόσμο του RNA» (RNA World) – ένα προτεινόμενο πρώιμο στάδιο στη βιολογική ιστορία, πριν το DNA αναλάβει τον σύγχρονο γενετικό του ρόλο. Επειδή το RNA μπορεί τόσο να συγκρατεί γενετικές πληροφορίες όσο και να εκτελεί μέρος των χημικών διεργασιών που απαιτούνται για την αναπαραγωγή, οι επιστήμονες το θεωρούν τον επικρατέστερο υποψήφιο για ένα πρώιμο βιολογικό σύστημα.
Ένα τρισδιάστατο υπολογιστικό μοντέλο που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications χαρτογραφεί το πώς ο πλανήτης τελικά ηρέμησε αρκετά ώστε να υποστηρίξει αυτά τα εύθραυστα μόρια. Προσομοιώνοντας το πώς οι προσκρούσεις θέρμαιναν τον φλοιό μεταξύ 4,5 και 3,5 δισεκατομμυρίων ετών πριν, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα συχνά συμβάντα παγκόσμιας αποστείρωσης συνεχίστηκαν μέχρι πριν από περίπου 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η θερμότητα από προσκρούσεις θα μπορούσε να τροφοδοτήσει την πρώιμη χημεία
Οι ίδιες προσκρούσεις που απειλούσαν τα εύθραυστα μόρια θα μπορούσαν παράλληλα να δημιουργήσουν περιβάλλοντα στα οποία ήταν δυνατόν να αναπτυχθεί η χημεία που προηγήθηκε της ζωής. Το νερό που ρέει μέσα από θερμά, ρηγματωμένα πετρώματα μπορεί να διαμορφώσει ένα υδροθερμικό σύστημα, συγκεντρώνοντας νερό, θερμότητα και πηγές χημικής ενέργειας. Οι επιστήμονες θεωρούν εδώ και καιρό αυτά τα περιβάλλοντα πιθανούς τόπους για τις αντιδράσεις που οδήγησαν στη ζωή.
Οι ερευνητές εξέτασαν και τις δύο πλευρές αυτής της σχέσης, συγκρίνοντας τις προσομοιωμένες θερμοκρασίες του φλοιού με τα όρια στα οποία το RNA και άλλα μόρια σημαντικά για τη ζωή παραμένουν σταθερά, ενώ παράλληλα παρακολουθούσαν τις επιδράσεις των υδροθερμικών περιβαλλόντων.
«Χρησιμοποιήσαμε μια διαφορετική προσέγγιση από προηγούμενες μελέτες, οι οποίες βασίζονταν σε γεωχημεικά μοντέλα, βιομοριακές αναλύσεις και μοντέλα της πρώιμης ατμοσφαιρικής χημείας», δήλωσε ο Oleg Abramov, ανώτερος επιστήμονας στο Ινστιτούτο Πλανητικής Επιστήμης (Planetary Science Institute) που συντονίζει τη μελέτη.
Η ομάδα εξέτασε διαφορετικές εκτιμήσεις σχετικά με την ποσότητα του υλικού που προσέκρουσε στη Γη κατά τη μοντελοποιημένη περίοδο. Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του σφυροκοπήματος περιλάμβαναν εξαιρετικά σιδηρόφιλα στοιχεία, τα οποία ενώνονται εύκολα με τον σίδηρο.
«Κατασκευάσαμε ένα μοντέλο βομβαρδισμού προσκρούσεων που βασίζεται σε παρατηρήσιμα δεδομένα, όπως το αρχείο κρατήρων της Σελήνης και τα εξαιρετικά σιδηρόφιλα στοιχεία στον ανώτερο μανδύα. Εξετάσαμε τόσο τις αρνητικές επιπτώσεις των προσκρούσεων, όπως τη θερμική διάσπαση βασικών βιομορίων, όσο και τις ευνοϊκές για τη ζωή επιδράσεις, όπως τη δημιουργία υδροθερμικών συστημάτων. Αυτά τα κριτήρια δείχνουν ότι η Γη έγινε κατάλληλη για ένα πρώιμο στάδιο ζωής μεταξύ 4,4 και 4,3 δισεκατομμυρίων ετών πριν, με τις βέλτιστες συνθήκες να εντοπίζονται περίπου πριν από 4,33 δισεκατομμύρια χρόνια».
Πού μπορούσε το RNA να επιβιώσει από τον βομβαρδισμό
Αυτή η εκτίμηση αφορά τις κατάλληλες συνθήκες για τη χημεία που συνδέεται με την προέλευση της ζωής, και όχι τον καθορισμό της ακριβούς στιγμής που ξεκίνησε η ζωή. Πριν από περίπου 4,3 δισεκατομμύρια χρόνια, οι προσομοιώσεις έδειξαν την ύπαρξη ιδιαίτερα εκτεταμένων, διασυνδεδεμένων ομάδων υδροθερμικών συστημάτων που είχαν δημιουργηθεί από προσκρούσεις. Αυτή η δραστηριότητα συνέπεσε με την εμφάνιση πιο σταθερών περιβαλλόντων στον επιφανειακό φλοιό, όπου τα μόρια μπορούσαν να επιβιώσουν καθώς ο βομβαρδισμός υποχωρούσε.
«Η προβιοτική χημεία απαιτεί συνεχώς σταθερές θερμοκρασίες, όχι απλώς ένα σύντομο διάλειμμα ψύχους ανάμεσα στις προσκρούσεις», δήλωσε ο Abramov. «Πριν από περίπου 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια, μια περιοχή που είχε ψυχθεί αρκετά για την προβιοτική χημεία μπορούσε ακόμα να θερμανθεί ξανά από μια μεταγενέστερη πρόσκρουση, οπότε το ρολόι μηδενιζόταν συνεχώς. Μόλις εμφανίστηκαν περιοχές που δεν αποστειρώθηκαν ποτέ, τμήματα του επιφανειακού φλοιού παρέμειναν κάτω από το θερμοκρασιακό όριο από εκείνη τη στιγμή και μετά».
Αυτές οι «μη αποστειρωμένες» περιοχές επεκτάθηκαν καθώς οι προσκρούσεις γίνονταν λιγότερο συχνές. Πριν από 4,25 δισεκατομμύρια χρόνια, αντιπροσώπευαν πλέον περισσότερο από το μισό του προσομοιωμένου όγκου του φλοιού.