211service.com
Hoe blikseminslagen de oorsprong van het leven kunnen verklaren - op aarde en elders?
Johannes Plenio/Pexels
De zoektocht naar leven op andere planeten lijkt veel op koken. (Heb even geduld met me.) Je kunt alle ingrediënten op één plek hebben - water, een warm klimaat en een dikke atmosfeer, de juiste voedingsstoffen, organisch materiaal en een bron van energie - maar als je geen processen hebt of omstandigheden die echt iets met die ingrediënten kunnen doen, je hebt gewoon een hoop grondstoffen die nergens heen gaan.
Dus soms heeft het leven een sprankje inspiratie nodig - of misschien wel enkele biljoenen daarvan. Een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Communications suggereert dat bliksem een sleutelcomponent kan zijn geweest bij het beschikbaar maken van fosfor voor gebruik door organismen toen het leven op aarde ongeveer 3,5 miljard jaar geleden voor het eerst verscheen. Fosfor is essentieel voor het maken van DNA, RNA, ATP (de energiebron van al het bekende leven) en andere biologische componenten zoals celmembranen.
Deze studie was eigenlijk een gelukkige ontdekking, zegt Benjamin Hess, een onderzoeker van Yale University en hoofdauteur van het nieuwe artikel. Het opent nieuwe mogelijkheden voor leven vinden op aardachtige planeten .
Dit is niet de eerste keer dat bliksem wordt gesuggereerd als een essentieel onderdeel van wat het leven op aarde mogelijk heeft gemaakt. Laboratoriumexperimenten hebben aangetoond dat organische materialen die door bliksem worden geproduceerd, voorloperverbindingen zoals aminozuren kunnen bevatten (die zich kunnen verenigen om eiwitten te vormen).
Deze nieuwe studie bespreekt de rol van bliksem echter op een andere manier. Een grote vraag waar wetenschappers altijd over hebben nagedacht, heeft te maken met de manier waarop het vroege leven op aarde toegang kreeg tot fosfor. Hoewel er miljarden jaren geleden voldoende water en koolstofdioxide beschikbaar was om mee te werken, was fosfor verpakt in onoplosbare, niet-reactieve rotsen. Met andere woorden, de fosfor was in feite voorgoed opgesloten.
Hoe kregen organismen toegang tot dit essentiële element? De heersende theorie was dat meteorieten fosfor aan de aarde afleverden in de vorm van een mineraal genaamd schreibersiet - dat kan oplossen in water, waardoor het gemakkelijk beschikbaar is voor gebruik door levensvormen. Het grote probleem met dit idee is dat toen het leven meer dan 3,5 tot 4,5 miljard jaar geleden begon, de meteorietinslagen exponentieel afnamen. De planeet had veel fosforhoudend schreibersiet nodig om in leven te blijven. En meteorietinslagen zouden ook destructief genoeg zijn geweest om, nou ja, het ontluikende leven voortijdig te doden (zie: de dinosaurussen) of het grootste deel van het geleverde schreibersiet te verdampen.
Hess en zijn collega's denken de oplossing te hebben gevonden. Schreibersiet wordt ook aangetroffen in glasmaterialen, fulgurieten genaamd, die worden gevormd wanneer licht de aarde raakt. Wanneer fulguriet wordt gevormd, bevat het fosfor uit terrestrische rotsen. En het is oplosbaar in water.
De auteurs van de nieuwe studie verzamelden fulguriet dat was geproduceerd door verlichting die in 2016 de grond raakte in Illinois, aanvankelijk alleen om de effecten van extreme flitsverwarming te bestuderen, zoals bewaard in dit soort monsters. Ze ontdekten dat het fulgurietmonster was gemaakt van 0,4% schreibersiet.
Van daaruit was het gewoon een kwestie van berekenen hoeveel schreibersiet miljarden jaren geleden door bliksem kon zijn geproduceerd, rond de tijd dat het eerste leven op aarde verscheen. Er is een schat aan literatuur die oude niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer schat, een factor die bijdraagt aan blikseminslagen. Gewapend met een goed begrip van hoe koolstofdioxide-trends correleren met blikseminslagen, gebruikte het team die gegevens om te bepalen hoeveel bliksem er toen zou zijn geweest.
Hess en collega's stelden vast dat biljoenen blikseminslagen elk jaar 110 tot 11.000 kilogram schreibersiet hadden kunnen produceren. Gedurende die tijd zou deze activiteit voldoende fosfor beschikbaar moeten hebben gemaakt om levende organismen aan te moedigen te groeien en zich voort te planten - en veel meer dan zou zijn geproduceerd door meteorietinslagen.
Dit is interessant om de geschiedenis van de aarde te begrijpen, maar het opent ook een nieuwe kijk op het denken over leven elders. Dit is een mechanisme dat mogelijk werkt op planeten waar meteorietinslagen zeldzaam zijn geworden, zegt Hess. Dit model van leven door bliksem is beperkt tot omgevingen met ondiep water - bliksem moet fulguriet produceren in gebieden waar het goed kan oplossen om de fosfor vrij te maken, maar waar het niet verloren gaat in een enorme hoeveelheid water. Maar deze limiet hoeft niet per se een slechte zaak te zijn. In een tijd waarin astrobiologie geobsedeerd is door oceaanwerelden, legt de studie de focus terug op plaatsen zoals Mars die niet zijn ondergedompeld in mondiale wateren.
Voor alle duidelijkheid: de studie suggereert niet dat meteorietinslagen geen rol spelen bij het toegankelijk maken van fosfor voor het leven. En Hess benadrukt dat andere mechanismen, zoals hydrothermale ventilatieopeningen, eenvoudigweg de behoefte aan meteorieten of bliksem kunnen omzeilen.
En tot slot, meer dan 3,5 miljard jaar geleden zag de aarde er niet uit zoals ze er nu uitziet. Het is niet helemaal duidelijk dat er genoeg gesteente aan de lucht was blootgesteld - waar het door bliksem zou kunnen worden getroffen en tot de productie van schreibersiet zou kunnen leiden - om fosfor beschikbaar te maken.
Hess gaat die vragen aan andere wetenschappers overlaten, aangezien het onderzoek buiten zijn normale werk valt. Maar ik hoop echt dat mensen hierdoor aandacht zullen besteden aan fulgurieten en de levensvatbaarheid van deze mechanismen verder zal testen, zegt hij. Ik hoop dat ons onderzoek ons zal helpen als we overwegen of we naar leven moeten zoeken in ondiepe wateren, zoals we ons momenteel op Mars bevinden.