Како је олујно сунце могло да покрене живот на Земљи

Нова студија тврди да су први градивни блокови живота на Земљи, тј[{“ attribute=““>amino acids and carboxylic acids, may have been formed due to solar eruptions. The research suggests that energetic particles from the sun during its early stages, colliding with Earth’s primitive atmosphere, could have efficiently catalyzed essential chemical reactions, thus challenging the traditional “warm little pond” theory.

The first building blocks of life on Earth may have formed thanks to eruptions from our Sun, a new study finds.

A series of chemical experiments show how solar particles, colliding with gases in Earth’s early atmosphere, can form amino acids and carboxylic acids, the basic building blocks of proteins and organic life. The findings were published in the journal Life.

To understand the origins of life, many scientists try to explain how amino acids, the raw materials from which proteins and all cellular life, were formed. The best-known proposal originated in the late 1800s as scientists speculated that life might have begun in a “warm little pond”: A soup of chemicals, energized by lightning, heat, and other energy sources, that could mix together in concentrated amounts to form organic molecules.

Artist’s concept of Early Earth. Credit: NASA

In 1953, Stanley Miller of the University of Chicago tried to recreate these primordial conditions in the lab. Miller filled a closed chamber with methane, ammonia, water, and molecular hydrogen – gases thought to be prevalent in Earth’s early atmosphere – and repeatedly ignited an electrical spark to simulate lightning. A week later, Miller and his graduate advisor Harold Urey analyzed the chamber’s contents and found that 20 different amino acids had formed.

“That was a big revelation,” said Vladimir Airapetian, a stellar astrophysicist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and coauthor of the new paper. “From the basic components of early Earth’s atmosphere, you can synthesize these complex organic molecules.”

But the last 70 years have complicated this interpretation. Scientists now believe ammonia (NH3) and methane (CH4) were far less abundant; instead, Earth’s air was filled with carbon dioxide (CO2) and molecular nitrogen (N2), which require more energy to break down. These gases can still yield amino acids, but in greatly reduced quantities.

Seeking alternative energy sources, some scientists pointed to shockwaves from incoming meteors. Others cited solar ultraviolet radiation. Airapetian, using data from NASA’s Kepler mission, pointed to a new idea: energetic particles from our Sun.

Kepler observed far-off stars at different stages in their lifecycle, but its data provides hints about our Sun’s past. In 2016, Airapetian published a study suggesting that during Earth’s first 100 million years, the Sun was about 30% dimmer. But solar “superflares” – powerful eruptions we only see once every 100 years or so today – would have erupted once every 3-10 days. These superflares launch near-light speed particles that would regularly collide with our atmosphere, kickstarting chemical reactions.

хттпс://ввв.иоутубе.цом/ватцх?в=рГД35ПУпТјс
Енергија нашег младог Сунца пре 4 милијарде година помогла је да се у Земљиној атмосфери створе молекули који су им омогућили да се загреју довољно за живот. Заслуге: НАСА-ин центар за свемирске летове Годард/Јенна Дуберстеин

„Чим сам објавио тај рад, тим са Националног универзитета Јокохама ме је контактирао из Јапана“, рекао је Аирапетиан.

Др Кобајаши, тамошњи професор хемије, провео је последњих 30 година проучавајући хемију пребиотика. Покушавао је да схвати како су галактички космички зраци – честице изван нашег Сунчевог система – могле да утичу на атмосферу ране Земље. „Већина истраживача игнорише галактичке космичке зраке јер им је потребна специјализована опрема, као што су акцелератори честица“, рекао је Кобајаши. „Имао сам срећу да имам приступ неколико њих у близини наших објеката. Мале модификације Кобајашијеве експерименталне поставке могле би да тестирају Аирапетианове идеје.

Аирапетиан и Кобаиасхи и њихови сарадници створили су мешавину гасова која одговара раној Земљиној атмосфери какву ми данас разумемо. Сакупили су угљен-диоксид, молекуларни азот, воду и променљиву количину метана. (Удео метана у атмосфери ране Земље је неизвестан, али се сматра да је низак.) Они су испалили мешавину гаса са протонима (симулирајући соларне честице) или су је запалили искричним пражњењем (симулирајући муњу), понављајући експеримент Миллер-Уреи за поређење.

Све док је садржај метана био већи од 0,5%, смеше које ослобађају протони (честице сунчеве енергије) производе детективне количине аминокиселина и карбоксилних киселина. Али искре (муња) захтевају концентрацију метана од око 15% пре него што се било која аминокиселина уопште може формирати.

„Чак и када је присутно 15% метана, брзина производње аминокиселина муњом је милион пута мања од производње протона“, додао је Аирапетиан. Протони такође имају тенденцију да производе више карбоксилних киселина (произвођача аминокиселина) од оних запаљених варничним пражњењем.

Крупни план соларне вулканске ерупције, укључујући соларну бакљу, избацивање короналне масе и догађај соларне вулканске ерупције. Заслуге: НАСА-ин центар за свемирске летове Годард

Уз све остало једнако, чини се да су соларне честице ефикаснији извор енергије од муње. Све остало није једнако, сугерисао је Аирапетиан. Милер и Ури су претпоставили да је муња била уобичајена у време „топлог малог језера“ као и данас. Али муње, које долазе од грмљавинских облака насталих од топлог ваздуха који се диже, биле би око 30% ређе под слабом сунчевом светлошћу.

„У хладним условима никада немате муње, а рана Земља је била под веома слабим сунцем“, рекао је Аирапетиан. „То не значи да није могло доћи од муње, али муња сада изгледа мање вероватна, а соларне честице изгледају вероватније.“

Ови експерименти сугеришу да је наше младо, енергично Сунце могло да изазове претходнике живота лакше, а можда и раније, него што се раније претпостављало.

Референца: „Формирање аминокиселина и карбоксилних киселина у слабој редукцији планетарне атмосфере соларним честицама младог сунца“ од Кенсеи Кобаиасхи Јун-ицхи Исе, Риухеи Аоки, Меи Киносхита, Коки Наито, Такуми Удо, Бхагавати Кониворе, Такаиха Кониворе Шибата, Хаџиме Мита, Хитоши Фукуда, Јошијуки Огури Кимитака Кавамура, Јоко Кибукава и Владимир С. Ирпетјан, 28. април 2023. Доступно овде. живот.
ДОИ: 10.3390/лифе13051103