En ny studie tyder på att miljarder år sedan producerade jordens unga atmosfär naturligt svavelbaserade molekyler som är essentiella för livet, vilket utmanar tidigare antaganden. Forskare vid University of Colorado Boulder simulerade forntida förhållanden och fann produktion av aminosyror som cystein och taurin. Detta fynd innebär att planeten kan ha varit försedd med livets byggstenar innan organismer uppstod.
Publicerad den 1 december i Proceedings of the National Academy of Sciences avslöjar forskningen av vetenskapsmän från CU Boulder och samarbetspartners att jordens tidiga atmosfär kunde ha skapat svavelbiomolekyler utan livets närvaro. Första författaren Nate Reed, en postdoktoralforskare vid NASA som utförde arbetet vid CU Boulders kemiska avdelning och Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, uppgav: "Vår studie kan hjälpa oss att förstå livets evolution i dess tidigaste skeden."
Svavel är avgörande för livet och förekommer i aminosyror som bildar proteiner, precis som kol. Traditionellt trodde forskare att organiska svavelmolekyler, såsom de i aminosyror, bara bildades efter att levande organismer producerat dem. Tidigare simuleringar av tidiga jordförhållanden gav sällan betydande mängder av dessa molekyler, och när de gjorde det krävdes sällsynta, specifika uppsättningar som var osannolika att inträffa brett.
Denna syn fick uppmärksamhet när James Webb-rymdteleskopet upptäckte dimethyl sulfid – ett svavel化合物 från moderna marina alger – i atmosfären hos exoplaneten K2-18b, vilket antydde möjlig liv. Tidigare labbarbete av Reed och huvudförfattaren Ellie Browne, professor i kemi och CIRES-medlem, visade dock att dimethyl sulfid kan bildas abiotiskt med ljus och grundläggande gaser.
I det nya experimentet utsatte teamet en blandning av metan, koldioxid, vätesulfid och kväve för ljus, vilket efterliknade för-livs atmosfärförhållanden. Browne noterade utmaningarna: "Att arbeta med svavel är utmanande... Du måste ha utrustning som kan mäta otroligt små mängder av produkterna." Med en känslig masspektrometer identifierade de cystein, taurin och coenzym M, vitala för metabolismen.
Uppskattningar visar att den forntida atmosfären kunde ha genererat tillräckligt med cystein för att upprätthålla en oktillion celler – långt mindre än dagens nonillion men tillräckligt för ett uppkommande ekosystem. Reed kommenterade: "Även om det inte är lika många som nu, var det ändå mycket cystein i en miljö utan liv. Det kan räcka för ett spirande globalt ekosystem där livet precis börjar."
Teamet föreslår att dessa molekyler regnade ner till ytan och tillhandahöll kemi för livets ursprung. Browne tillade: "Livet krävde troligen mycket specialiserade förhållanden för att komma igång, som nära vulkaner eller hydrotermala ventiler med komplex kemi... våra resultat tyder på att några av dessa mer komplexa molekyler redan var utbredda under icke-specialiserade förhållanden, vilket kan ha gjort det lite lättare för livet att starta."