يوحي دراسة جديدة بأن غلاف الهواء الشاب للأرض قبل مليارات السنين قد أنتج بشكل طبيعي جزيئات قائمة على الكبريت أساسية للحياة، مما يتحدى الافتراضات السابقة. قام باحثون من جامعة كولورادو بولدر بمحاكاة الظروف القديمة واكتشفوا إنتاج أحماض أمينية مثل السيستئين والتورين. يشير هذا الاكتشاف إلى أن الكوكب ربما كان مجهزًا مسبقًا بمكونات بناء الحياة قبل ظهور الكائنات الحية.
نُشرت الدراسة في 1 ديسمبر في Proceedings of the National Academy of Sciences، وتكشف أبحاث علماء من CU Boulder وشركائهم أن غلاف الهواء المبكر للأرض كان قادرًا على إنتاج جزيئات حيوية كبريتية دون وجود حياة. المؤلف الأول نيت ريد، زميل ما بعد الدكتوراه في NASA الذي أجرى العمل في قسم الكيمياء بـCU Boulder وCooperative Institute for Research in Environmental Sciences، قال: "دراستنا يمكن أن تساعدنا في فهم تطور الحياة في مراحلها الأولى."
الكبريت حاسم للحياة، يظهر في الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات، تمامًا مثل الكربون. تقليديًا، اعتقد العلماء أن الجزيئات العضوية الكبريتية، مثل تلك في الأحماض الأمينية، تتكون فقط بعد إنتاجها من قبل كائنات حية. نادرًا ما أنتجت محاكاة سابقة لظروف الأرض المبكرة كميات كبيرة من هذه الجزيئات، وعندما حدث ذلك، تطلب إعدادات نادرة ومحددة غير محتملة الحدوث على نطاق واسع.
جذبت هذه الرؤية الانتباه عندما اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي dimethyl sulfide —مركب كبريتي من الطحالب البحرية الحديثة— في غلاف الهواء لكوكب خارجي K2-18b، مشيرًا إلى حياة محتملة. ومع ذلك، أظهر عمل سابق في المختبر من قبل ريد والمؤلفة الرئيسية إيلي براون، أستاذة كيمياء وزميلة CIRES، أن dimethyl sulfide يمكن أن يتكون بشكل غير حيوي باستخدام الضوء والغازات الأساسية.
في التجربة الجديدة، عرض الفريق مزيجًا من الميثان وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والنيتروجين للضوء، محاكين ظروف غلاف هوائي قبل الحياة. لاحظت براون التحديات: "العمل مع الكبريت تحدٍ... يجب أن يكون لديك معدات يمكنها قياس كميات صغيرة جدًا من المنتجات." باستخدام مطياف كتلة حساس، حددوا السيستئين والتورين وcoenzyme M، الحيوية للتمثيل الغذائي.
تشير التقديرات إلى أن غلاف الهواء القديم كان قادرًا على إنتاج ما يكفي من السيستئين لدعم أوكتيليون خلية —أقل بكثير من الـnonillion الحالي لكن كافٍ لنظام بيئي ناشئ. علق ريد: "رغم أنه ليس بالعدد الحالي، إلا أنه كان لا يزال كمية كبيرة من السيستئين في بيئة بدون حياة. قد يكون كافيًا لنظام بيئي عالمي ناشئ، حيث تبدأ الحياة للتو."
يقترح الفريق أن هذه الجزيئات هطلت على السطح، مقدمة كيمياء لأصول الحياة. أضافت براون: "الحياة ربما تطلب ظروفًا متخصصة جدًا لتبدأ، مثل بالقرب من البراكين أو الفتحات الحرارية المائية ذات الكيمياء المعقدة... نتائجنا تشير إلى أن بعض هذه الجزيئات الأكثر تعقيدًا كانت موجودة بالفعل على نطاق واسع تحت ظروف غير متخصصة، مما قد يكون قد جعل بدء الحياة أسهل قليلاً."