Podle studie mohly miliardy blesků nastartovat život na Zemi

Jak Země získala fosfor potřebný k výrobě prvních molekul DNA a RNA? Odpovědí může být praskání na obloze.

Život na Zemi mohl začít zásahem blesku. Ne, zbloudilý blesk neoživil „doslovaprvní mikroby na světě, promiňte, doktore Frankensteine, ale podle nové studie zveřejněné 16. března v časopise Nature Communications, biliony blesků za miliardu let rané historie Země mohly pomoci odemknout klíčové sloučeniny fosforu, které připravily cestu pro život na Zemi.

„V naší studii poprvé ukazujeme, že údery blesku byly pravděpodobně významným zdrojem reaktivního fosforu na Zemi v době, kdy se vytvořil život [před 3,5 miliardami až 4,5 miliardami let],“ hlavní autor studie, Benjamin Hess, postgraduální student na katedře věd o Zemi a planetárních věd Yale Univerzity, řekl Live Science. „Údery blesku proto mohly hrát roli při poskytování fosforu pro vznik života na Zemi.“

Bombardován životem?

Jak blesk z čistého nebe vede k pozemskému životu? Je to všechno o fosforu – nebo spíše o organických materiálech, které atomy fosforu mohou vytvářet, když jsou kombinovány s jinými bio-esenciálními prvky.

Vezměte si například fosfáty – ionty složené ze tří atomů kyslíku a jednoho atomu fosforu, které jsou klíčové pro všechny známé formy života. Fosfáty tvoří páteř DNA, RNA a ATP (hlavní zdroj energie pro buňky) a jsou hlavními složkami kostí, zubů a buněčných membrán.

Ale asi před 4 miliardami let, zatímco v atmosféře bylo pravděpodobně spousta vody a oxidu uhličitého, se kterými se dalo pracovat, které jsou také nezbytné pro základní molekuly života, byla většina přirozeného fosforu na planetě vázána v nerozpustné hornině a nebylo možné ji kombinovat. na organické fosfáty. Jak tedy Země získala tyto kritické sloučeniny?

Jedna teorie tvrdí, že raná Země získala svůj fosfor z meteorů nesoucích minerál zvaný schreibersit, který je částečně složen z fosforu a je rozpustný ve vodě. Pokud by na Zemi během milionů nebo miliard let narazilo množství schreibersitových meteoritů, pak by se podle nové studie mohlo uvolnit dostatek fosforu do koncentrované oblasti k vytvoření správných podmínek pro biologický život.

Nicméně asi před 3,5 miliardami až 4,5 miliardami let, kdy se na Zemi objevil život, rychlost meteorických zásahů na Zemi klesla „exponenciálně“, protože většina planet a měsíců naší sluneční soustavy se z velké části formovala, řekl Hess. Tato skutečnost komplikuje teorii mezihvězdného fosforu. 

Existuje však jiný způsob, jak vyrobit schreibersit přímo zde na Zemi, řekl Hess. Stačí nějaká země, mrak a několik bilionů blesků.

Foto: Benjamin Hess
Hlavní tělo nebo „kmen“ studovaného fulguritu, nebo sklo vytvořené úderem blesku. Tým našel uvnitř stopy schreibersitu, což naznačuje, že blesk mohl dopravit důležité sloučeniny fosforu na ranou Zemi.

Miliardy šroubů

Údery blesku mohou zahřát povrchy na téměř 5 000 stupňů Fahrenheita (2 760 stupňů Celsia), čímž se vytvoří nové minerály, které tam dříve nebyly. V nové studii Hess a jeho kolegové prozkoumali bleskem ošlehaný shluk horniny zvaný fulgurit, který byl dříve vykopán z naleziště v Illinois. Tým zjistil, že se v hornině vytvořily malé kuličky schreibersitu spolu s řadou dalších skelných minerálů.

S předběžným důkazem v ruce, že údery blesku mohou vytvořit schreibersit bohatý na fosfor, musel tým dále spočítat, zda dost blesků mohlo zasáhnout ranou Zemi, aby uvolnilo významné množství prvku do prostředí. Pomocí modelů rané atmosféry Země vědci odhadli, kolik blesků mohlo dopadnout na planetu každý rok.

Dnes nad planetou probleskne asi 560 milionů blesků ročně; Před 4 miliardami let, kdy byla zemská atmosféra výrazně bohatší na skleníkový plyn CO2 (a tudíž teplejší a náchylnější k bouřím), je pravděpodobné, že každý rok zablikalo 1 až 5 miliard blesků, vypočítal tým. Tým odhadl, že z těchto šroubů každý rok zasáhlo pevninu 100 milionů až 1 miliarda šroubů (zbytek byl vypuštěn nad oceány).

A během miliardy let mohlo naši mladou planetu zasáhnout až kvintilion (1 následovaná 18 nulami) blesků, z nichž každý uvolnil trochu použitelného fosforu, řekl Hess. Tým vypočítal, že před 4,5 miliardami až 3,5 miliardami let mohly samotné údery blesku poskytnout Zemi 110 až 11 000 kilogramů fosforu ročně.

To je obrovský rozsah, do kterého je zabudována spousta nejistot ohledně podmínek rané Země. Ale Hess řekl, že i to nejmenší množství fosforu mohlo ovlivnit vznik života.

„Aby mohl vzniknout život, musí existovat pouze jedno místo, které má ty správné ingredience,“ řekl Hess Live Science. „Pokud by bylo [113 kilogramů] fosforu ročně koncentrováno v jediném tropickém ostrovním oblouku, pak ano, mohlo to být dostačující. Ale je pravděpodobnější, že se to stane, pokud bude takových míst mnoho.“

Zda blesk zasáhl dostatečně exponovanou zemi na rané Zemi, aby ovlivnil život, je otázka, na kterou nelze nikdy plně odpovědět. Nová studie však ukazuje, že matematicky to bylo přinejmenším možné. 

Je možné, že kombinace dopadů asteroidů a úderů blesku nakonec poskytla Zemi fosfor, který potřebovala k utkaní prvních bio-esenciálních molekul, jako je DNA a RNA, uzavřeli výzkumníci. Ale další studie raného pozemského života by se měly postarat o to, aby ze záznamu neuhodil blesk.

Zdroj: Nature Communikations