Źródło zdjęcia: University of Arizona
Naukowcy z Uniwersytetu w Arizonie odkryli, że meteoryty, szczególnie meteoryty żelazne, mogły mieć decydujące znaczenie dla ewolucji życia na Ziemi.
Ich badania pokazują, że meteoryty z łatwością mogły dostarczyć więcej fosforu niż naturalnie występuje na Ziemi - wystarczającej ilości fosforu, aby powstały biomolekuły, które ostatecznie zgromadziły się w żywych, replikujących się organizmach.
Fosfor ma kluczowe znaczenie dla życia. Tworzy szkielet DNA i RNA, ponieważ łączy podstawy genetyczne tych cząsteczek w długie łańcuchy. Jest niezbędny do metabolizmu, ponieważ jest powiązany z podstawowym paliwem życiowym, trifosforanem adenozyny (ATP), energią, która napędza wzrost i ruch. A fosfor jest częścią żywej architektury? znajduje się w fosfolipidach tworzących ściany komórkowe i kości kręgowców.
„Pod względem masy fosfor jest piątym najważniejszym pierwiastkiem biologicznym, po węglu, wodorze, tlenie i azocie” - powiedział Matthew A. Pasek, doktorant w dziale nauk planetarnych UA oraz w Lunar and Planetary Laboratory.
Dodał jednak, że tam, gdzie życie ziemskie ma swój fosfor, jest to tajemnica.
Fosfor jest znacznie rzadszy w przyrodzie niż wodór, tlen, węgiel i azot.
Pasek przytacza ostatnie badania, które pokazują, że istnieje około jeden atom fosforu na każde 2,8 miliona atomów wodoru w kosmosie, co 49 milionów atomów wodoru w oceanach i co 203 atomy wodoru w bakteriach. Podobnie, istnieje jeden atom fosforu na każde 1400 atomów tlenu w kosmosie, co 25 milionów atomów tlenu w oceanach i 72 atomy tlenu w bakteriach. Liczby odpowiednio dla atomów węgla i atomów azotu na pojedynczy atom fosforu wynoszą 680 i 230 w kosmosie, 974 i 633 w oceanach oraz 116 i 15 w bakteriach.
„Ponieważ fosfor występuje znacznie rzadziej w środowisku niż w życiu, zrozumienie zachowania fosforu na wczesnej Ziemi daje wskazówki co do początków życia” - powiedział Pasek.
Najczęstszą ziemską formą pierwiastka jest minerał zwany apatytem. Po zmieszaniu z wodą apatyt uwalnia tylko bardzo małe ilości fosforanu. Naukowcy próbowali podgrzać apatyt do wysokich temperatur, łącząc go z różnymi dziwnymi, superenergetycznymi związkami, a nawet eksperymentując ze związkami fosforu nieznanymi na Ziemi. Pasek zauważył, że badania nie wyjaśniły, skąd pochodzi fosfor życia.
Pasek rozpoczął współpracę z Dantem Laurettą, asystentem profesora nauk planetarnych w UA, nad ideą, że meteoryty są źródłem życia fosforu na Ziemi. Praca została zainspirowana wcześniejszymi eksperymentami Lauretty, które wykazały, że fosfor skoncentrował się na powierzchniach metalowych, które skorodowały we wczesnym układzie słonecznym.
„Ten naturalny mechanizm koncentracji fosforu w obecności znanego katalizatora organicznego (takiego jak metal na bazie żelaza) skłonił mnie do myślenia, że korozja wodna minerałów meteorytowych może prowadzić do powstania ważnych biocząsteczek zawierających fosfor” - powiedziała Lauretta.
„Meteoryty zawierają kilka różnych minerałów zawierających fosfor”, powiedział Pasek. „Najważniejszy, z którym ostatnio pracowaliśmy, to fosforek żelazowo-niklowy, znany jako schreibersite”.
Schreibersite jest związkiem metalicznym, który jest niezwykle rzadki na Ziemi. Ale jest wszechobecny w meteorytach, zwłaszcza w meteorytach żelaznych, które są usiane ziarnami szreiberytu lub są otoczone różowo zabarwionymi żyłami szreiberytu.
W kwietniu ubiegłego roku pasek, licencjat z Wirginii, Virginia Smith i Lauretta zmieszali schriebersite ze świeżą, dejonizowaną wodą o temperaturze pokojowej. Następnie przeanalizowali ciekłą mieszaninę za pomocą NMR, magnetycznego rezonansu jądrowego.
„Widzieliśmy, jak tworzy się cały szereg różnych związków fosforu”, powiedział Pasek. „Jednym z najciekawszych, jaki znaleźliśmy, był P2-O7 (dwa atomy fosforu z siedmioma atomami tlenu), jedna z bardziej użytecznych biochemicznie form fosforanów, podobna do tej, którą można znaleźć w ATP”.
Poprzednie eksperymenty doprowadziły do powstania P2-07, ale w wysokiej temperaturze lub w innych ekstremalnych warunkach, nie tylko przez rozpuszczenie minerału w wodzie o temperaturze pokojowej, powiedział Pasek.
„To pozwala nam nieco ograniczyć miejsce powstania życia” - powiedział. „Jeśli chcesz prowadzić życie na bazie fosforanów, prawdopodobnie musiałoby to nastąpić w pobliżu regionu słodkowodnego, w którym niedawno spadł meteoryt. Być może możemy posunąć się tak daleko, by powiedzieć, że był to żelazny meteoryt. Meteoryty żelazne mają od około 10 do 100 razy więcej schreibersytów niż inne meteoryty.
„Myślę, że meteoryty miały kluczowe znaczenie dla ewolucji życia ze względu na niektóre minerały, zwłaszcza związek P2-07, który jest stosowany w ATP, w fotosyntezie, w tworzeniu nowych wiązań fosforanowych z substancjami organicznymi (związki zawierające węgiel) i w wiele innych procesów biochemicznych - powiedział Pasek.
„Myślę, że jednym z najbardziej ekscytujących aspektów tego odkrycia jest fakt, że meteoryty żelazne powstają w procesie zróżnicowania planetarnego” - powiedziała Lauretta. To znaczy bloki budulcowe planet, zwane planestesmals, tworzą zarówno metaliczny rdzeń, jak i krzemianowy płaszcz. Żelazne meteoryty reprezentują metaliczny rdzeń, a inne rodzaje meteorytów, zwane achondrytami, reprezentują płaszcz.
„Nikt nigdy nie zdawał sobie sprawy, że tak krytyczny etap w ewolucji planetarnej można powiązać z początkiem życia” - dodał. „Ten wynik ogranicza to, w którym miejscu, w naszym Układzie Słonecznym i innych, mogło powstać życie. Wymaga pasa asteroid, w którym planetozymale mogą osiągnąć rozmiary krytyczne? około 500 kilometrów średnicy? oraz mechanizm niszczenia tych ciał i dostarczania ich do wewnętrznego układu słonecznego. ”
Lauretta powiedział, że Jowisz napędza dostarczanie planetozymali do naszego wewnętrznego układu słonecznego, ograniczając w ten sposób szanse, że planety i księżyce z zewnętrznego układu słonecznego zostaną zaopatrzone w reaktywne formy fosforu wykorzystywane przez biomolekuły niezbędne do życia na Ziemi.
Dodała Lauretta, że układy słoneczne pozbawione obiektu wielkości Jowisza, który może zakłócać bogate w minerały asteroidy w kierunku planet ziemnych, mają niewielkie szanse na rozwój życia.
Pasek mówi o badaniach dzisiaj (24 sierpnia) na 228. krajowym spotkaniu American Chemical Society w Filadelfii. Praca jest finansowana z programu NASA, Astrobiology: Exobiology and Evolutionary Biology.
Oryginalne źródło: UA News Release
