Döbbenetes új elmélet a földi életről

Jelenleg csak egyetlen létformát ismerünk az univerzumban, a földi életet. Noha a világegyetem hatalmas mérete és a matematikai valószínűség egyaránt azt sugallja, hogy más létformák is létezhetnek az univerzumban, erre azonban mindeddig nem sikerült konkrét bizonyítékot találni. A tudomány ismeretei szerint az élet mintegy 3,6 milliárd éve jelent meg a Földön. Arra többféle magyarázat is létezik, hogy egy alapvetően szervetlen anyagokból álló világban hogyan jöhettek létre azok a bonyolult kémiai építőkövek, amelyek nélkül az élet sem alakulhatott volna ki a Földön. A Kepler űrtávcsővel gyűjtött adatok alapján most egy új és merész elmélettel igyekeznek megválaszolni azt a nagy kérdést, hogy hogyan jöhetett létre a földi élet, amelynek hosszú evolúciója végén maga az ember is megjelent.

A hipotetikus ősleves, amiből útjára indult az élet

Az egyik legfontosabb kulcskérdés az élet kialakulásának szempontjából az élő szervezeteket felépítő fehérjék, és az összes molekuláris létforma építőkövét alkotó aminosavak keletkezésének a problematikája. (Az már egy másik kérdés, hogy hol húzódik az a mágikus határ, amikor egy bonyolult felépítésű szerves molekula többé már nem élettelen vegyületként, hanem önálló élő entitásként funkcionál.) A modern természettudományok robbanásszerű fejlődésnek indultak a 19. században, és ez a forradalom a biológiára, valamint a földtudományokra is egyaránt kiterjedt.

A prekambriumban szilárdult meg a földkéreg, és jöttek létre az ősóceánok Forrás: ALLIES INTERACTIVE SERVICES PVT. LTD.

Ezért sem véletlen, hogy a földi élet eredetére vonatkozó máig legismertebb elmélet, az úgynevezett „ősleves" teória is a 19. század végén született meg. A népszerű ősleves-elmélet szerint a földi élet azokban a meleg vízű tavakban és pocsolyákban kezdődhetett el, amelyek a kéreg kihűlése és megszilárdulása utáni esőzések eredményeként alakultak ki a Föld felszínén. A vízben oldott szervetlen anyagok a villámok, a hő és egyéb környezeti tényezők hatására bonyolultabb molekulákká álltak össze és ez az ismétlődő folyamat alakította ki az élet építőköveit - legalább is az ősleves-elmélet szerint.

Egy döbbenetes eredménnyel járó kísérlet, ami hatalmas visszhangot váltott ki

Stanley Miller, a Chicagói Egyetem kémikusa 1952-ben laboratóriumi körülménynek között megpróbálta kísérlettel is ellenőrizni az ősleves-elmélet helyességét. A kísérlet során egy lezárt fémkamrát ammóniával, metánnal, vízzel és molekuláris hidrogénnel töltött fel. A tudomány akkori álláspontja szerint ugyanis ezek voltak az ősatmoszféra legjellemzőbb gázai. A fémedénybe - többször megismételve - magasfeszültségű elektromos szikrát vezetett be, a villámlásokat szimulálva.

Stanley Miller, a Chicagói Egyetem kémikusa Forrás: Reasons to Belive

Az egy hétig tartó kísérletsorozat befejezése után Miller és témavezetője, Harold Urey megvizsgálták a tartály tartalmát, amiben húsz különféle aminosavat azonosítottak. A tudósok megállapították, hogy a kísérlet alkalmával a rendszerben lévő szén 15 százaléka alakult át szerves anyaggá, és ezek között bukkantak rá az aminosavakra is. A Miller-Urey kísérlet hatalmas visszhangot váltott ki,

amire úgy tekintett a korabeli tudomány, mint az ősleves-elmélet helyességét igazoló eredményre.

Ma már bebizonyosodott, hogy noha a Föld ősi atmoszférája redukáló jellegű volt, de korántsem akkora mértékben, mint ahogyan azt a Miller-Urey kísérlet idején feltételezték.

Harold Urey, a híres kísérlet témavezetője Forrás: Osti.gov

A földtudományok elmúlt évtizedekben történt hatalmas fejlődése lehetővé tette az ősi atmoszféra összetételének sokkal pontosabb rekonstruálását. A kutatások bebizonyították, hogy amikor a földkéreg a kihűlési szakaszába került, a rendkívül intenzív globális vulkáni tevékenység rengeteg szén-dioxidot és molekuláris nitrogént juttatott az ősi atmoszférába, amelyben viszont sokkal kisebb volt az ammónia és a metán aránya ahhoz képest, mint ahogyan azt a Miller-Urey kísérlet idején feltételezték.

Hatalmas energiájú szuperflerek bombázták az ősatmoszférát

A kutatások bebizonyították, hogy ezekből a gázokból, tehát a szén-dioxidból és a molekuláris nitrogénből is képződhetnek aminosavak, de csak sokkal kisebb mennyiségben és sokkal több energia árán, amihez önmagában a villámok energiája nem lett volna elegendő. Az amerikai űrkutatási szervezet, a NASA tudósai ezért alternatív energiaforrás keresésébe fogtak, amihez a 2009-ben felbocsátott Kepler űrtávcső adatai szolgáltattak muníciót.

A NASA Kepler-űrtávcsöve Forrás: NASA Ames/W. Stenzel

A Kepler űrteleszkóp - többek között - távoli, az életük különböző fázisában lévő csillagokat vizsgált, és az összegyűjtött adatok alkalmasnak bizonyultak arra, hogy az asztrofizikusok rekonstruálhassák ebből a korai Nap viszonyait. Mint ismeretes, a Nap nagyjából 4,5 milliárd éve keletkezett, ami egy intersztelláris (csillagközi) por és gázfelhőben kialakult protocsillagként kezdte el az „életét". A Kepler űrtávcső méréseit felhasználó és még 2016-ban publikált tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a Nap a kezdeti életszakaszában mintegy 100 millió évig

hozzávetőleg 30 százalékkal volt halványabb, mint jelenleg.

Egy szuperfler illusztrációja Forrás: Roberto Molar Candanosa/Carnegie Institution for Science, NASA/SDO, NASA/JPL

Az összehasonlító vizsgálatok alapján úgy találták, hogy ebben a periódusban a korai Napon viszont sokkal gyakoribbak lehettek a rendkívül erős napkitörések, az úgynevezett szuperflerek. Jelenleg - nagy átlagban - száz évente történik egy-egy nagyobb erejű napkitörés,

ezzel szemben a központi csillagunk fiatalkorában három-tíznaponta produkált szuperflereket.

Ez az eredmény vezette arra a NASA szaktudósát, Vladimir Airapetiant, a NASA's Goddard Space Flight Center asztrofizikusát, hogy a Napból származó nagy energiájú töltött részecskékben találja meg azt az energiaforrást, ami már alkalmas lehetett az ősatmoszféra főbb gázait lebontva az élet építőköveit alkotó bonyolult szerves molekulák létrehozására.

Vladimir Airapetian, a NASA vezető asztrofizikusa Forrás: NASA/JPL-Caltech

Airapetian elmélete szerint a szuperflerekből származó és közel fénysebességű töltött részecskék folyamatosan bombázták az ősi atmoszférát, beindítva azokat a kémiai reakciókat, amelyek kialakították az aminosavakat.

Nemcsak képletesen lehet az élet forrása a Nap

A Yokohama Nemzeti Egyetem kémiaprofesszora, Kobayashi Kensei elhatározta, hogy egy módosított Miller-Urey kísérlettel ellenőrzi Vladimir Airapetian elméletének helyességét. A professzorhoz igen közel áll ez a téma, mivel az elmúlt harminc évben főleg azt kutatta, hogy a galaktikus kozmikus sugárzás ( a Naprendszeren kívülről érkező részecskesugárzás) hogyan befolyásolhatta a korai Föld atmoszféráját. A professzor és kutatócsoportja a legújabb elképzelések szerint modellezte az ősi atmoszférát, amelyet legnagyobb részt szén-dioxidból és molekuláris nitrogénből, továbbá vízből és váltakozó mennyiségű metánból állított össze.

Prekambrium végi tájkép. A földi élet eredete máig megfejtetlen rejtély Forrás: imgkid.com

Az nem ismert, hogy az ősatmoszférában pontosan mekkora mennyiségben volt jelen a metán, de azt tudjuk, hogy sokkal kevesebb volt belőle, mint ahogyan azt Miller és Urey feltételezték még az ötvenes évek elején. A gázkeveréket először protonokkal bombázták a napszél szimulálására, majd pedig elektromos kisüléseket vezettek a keverékbe, a Miller-Urey kísérletet megismételve. A japán kutatócsoport kísérleti eredményei szerint ha a metán aránya 0,5 százalék feletti volt, akkor a protonokkal bombázott keverékben mérhető mennyiségben keletkeztek aminosavak, valamint karbonsavak.

Az ősleves-elmélet szerint a villámok energiája hozta létre az élet építőköveit a Föld korai történetében Forrás: NASA/JPL-Caltech

A villámokat utánzó elektromos kisüléses kíséretekben viszont legalább 15 százalékos metánkoncentrációra volt szükség ahhoz, hogy valamennyi, egyáltalán még detektálható mennyiségű aminosav keletkezzen. Még a 15 százalékos metánkoncentráció esetén is milliószor kevesebb aminosav keletkezett, mint a protonbombázások során.

A Napból áramló részecskesugárzás fontos szerepet játszhatott az élet kialakulásában az új elmélet szerint Forrás: NASA, SDO

A végeredmény azt bizonyítja, hogy a földi élet építőköveinek, az aminosavaknak a létrejöttéhez a Napból érkező részecskék sokkal hatékonyabb energiaforrásnak bizonyultak, mint a villámok. A fiatal és aktív Nap tehát sokkal jelentősebb szerepet játszhatott a földi élet kialakulásában, mintsem azt eddig gondoltuk volna.