سرنخ‌هایی در مورد ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی زمین هنگام آغاز حیات

به گزارش مجله خبری نگار،حدود چهار میلیارد سال پیش، اولین نشانه‌های آغاز حیات به شکل میکروب‌ها بر روی زمین ظاهر شد. اگرچه دانشمندان هنوز در حال تعیین دقیق زمان و چگونگی پیدایش این میکروب‌ها هستند، اما واضح است که پیدایش حیات به طور پیچیده‌ای با ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی اولیه زمین، در هم تنیده است.

داستین تریل، دانشیار علوم زمین و محیط زیست در دانشگاه روچستر، می‌گوید: معقول است که گمان کنیم که اگر ویژگی‌های شیمیایی اولیه سیاره ما متفاوت بوده، پس حیات می‌توانست متفاوت شروع شده باشد یا اصلاً شروع نشده باشد.».

اما زمین میلیارد‌ها سال پیش چگونه بوده و چه ویژگی‌هایی ممکن است به منشاء حیات کمک کرده باشد؟ در مقاله‌ای که در ۹ فوریه در مجله Science منتشر شد، تریل و توماس مک کولوم، از دانشگاه کلرادو بولدر، اطلاعات کلیدی را در تلاش برای کشف این موضوع فاش کردند. این تحقیق نه تنها برای کشف منشاء حیات بلکه برای جستجوی حیات در سیارات دیگر نیز پیامد‌های مهمی دارد.

تریل می‌گوید: ما اکنون در زمان هیجان‌انگیزی هستیم که در آن بشر به دنبال حیات در سیارات و قمر‌های دیگر و همچنین در سایر منظومه‌های سیاره‌ای است. اما ما هنوز نمی‌دانیم زندگی در سیاره خودمان چگونه یا حتی در چه زمانی آغاز شده است. تحقیقاتی مانند همین تحقیق ما به شناسایی شرایط خاص و مسیر‌های شیمیایی که می‌توانستند از پیدایش حیات، حمایت کنند، کمک می‌کند، تحقیقی که مطمئناً نقش مهمی در جستجوی حیات در خارج از سیاره ما دارد.

اهمیت فلزات در پیدایش حیات

تحقیق در مورد حیات و منشأ آن معمولاً شامل رشته‌های مختلفی از جمله ژنومیک که مطالعه ژن‌ها و کارکرد‌های آن‌ها است، پروتئومیکس یعنی مطالعه پروتئین ها؛ و یک حوزه‌ی نوظهور به نام متالومیک، که نقش مهم فلزات را در انجام عملکرد‌های سلولی بررسی می‌کند، می‌شود. با تکامل زندگی، نیاز به فلزات خاص تغییر کرده است، اما تریل و مک کولوم می‌خواستند تعیین کنند که چه فلزاتی ممکن است در زمان پیدایش میکروب‌ها در میلیارد‌ها سال پیش، در دسترس بوده باشند.

تریل می‌گوید: هنگامی که فرضیه‌هایی برای احتمالات مختلف منشأ حیات ارائه می‌شود، دانشمندان عموماً فرض می‌کنند که همه فلزات در دسترس بوده‌اند، زیرا مطالعاتی وجود نداشته است که محدودیت‌های زمین‌شناسی محکمی بر غلظت فلزات سیالات برای زمان‌های تاریخی اولیه زمین ارائه کند.

برای رفع این کاستی، تریل و مک کولوم به میلیارد‌ها سال پیش برگشتند و ترکیب و ویژگی‌های سیالات را در لیتوسفر که لایه بیرونی زمین است که شامل پوسته و گوشته بالایی زمین می‌شود، مطالعه کردند. این سیالات لیتوسفری، مسیر‌های کلیدی برای انتقال بخش‌های محلول سنگ‌ها و مواد معدنی بین داخل زمین و حوضچه‌های گرمابی در بیرون آن هستند، دقیقا جایی که می‌توانست حیات میکروبی شکل گرفته باشد. در حالی که محققان نمی‌توانند مستقیماً فلزاتی را که میلیارد‌ها سال پیش وجود داشته اند را اندازه گیری کنند، اما با تعیین ویژگی‌های سیالات، می‌توانند بفهمند که چه فلزاتی و با چه غلظتی، می‌توانند در طول زمانی که حیات بین داخل و خارج زمین منتقل شده باشد، در این سیاره پدیدار شده اند.

سرنخ‌هایی در کانی‌های میلیارد ساله

سنگ‌ها و کانی‌های میلیارد ساله اغلب تنها منابع مستقیم اطلاعات در مورد تاریخچه‌ی پیدایش زمین هستند.

محققان آزمایش‌هایی با فشار و دمای بالا انجام دادند و این نتایج را روی زیرکون‌های اولیه زمین که یک نوع ماده معدنی قوی جمع‌آوری‌شده در مکان‌هایی مانند غرب استرالیا است، برای تعیین فشار اکسیژن، محتوای کلر و دمای سیالات لیتوسفر، به کار بردند. سپس این اطلاعات را در مدل‌های کامپیوتری وارد کردند. این مدل‌ها به آن‌ها اجازه می‌دادند خواص سیالات لیتوسفری را شبیه‌سازی کنند، و به نوبه خود، شبیه‌سازی کنند که کدام فلزات می‌توانستند از میان سیالات دیگر برای رسیدن به حوضچه‌های گرمابی در سطح زمین وجود داشته باشند.

درک چگونگی پیدایش حیات

محققان از آنچه شبیه سازی‌های این مدل نشان داد، شگفت زده شدند. به عنوان مثال، بسیاری از محققین منشاء حیات، مس را یک جزء محتمل در شیمی می‌دانند که می‌تواند منجر به حیات شود. اما تریل و مک کولوم شواهدی مبنی بر فراوانی مس را در این آزمایش خود پیدا نکردند.

یکی از فلزاتی که آن‌ها آزمایش کردند و ممکن است در غلظت‌های بالا در دسترس بوده باشد، منگنز بود. در حالی که به ندرت این فلز در احتمالات آغاز حیات در نظر گرفته می‌شود، اما امروزه منگنز به بدن کمک می‌کند تا استخوان‌ها را تشکیل دهد و به آنزیم‌ها در تجزیه کربوهیدرات‌ها و کلسترول کمک می‌کند.

تریل می‌گوید: تحقیقات ما نشان می‌دهد که فلزاتی مانند منگنز ممکن است به عنوان پیوند‌های مهم بین زمین “جامد” و سیستم‌های بیولوژیکی در حال ظهور در سطح زمین عمل کنند.

وی می‌گوید این تحقیق به دانشمندانی که در حال مطالعه آغاز حیات هستند کمک می‌کند تا داده‌های ملموس بیشتری را در آزمایش‌ها و مدل‌های خود وارد کنند.

او می‌افزاید: آزمایش‌هایی که با در نظر گرفتن این اطلاعات طراحی شده‌اند، به درک بهتری از چگونگی آغاز حیات منجر می‌شوند.