Die Bausteine des Lebens auf der Erde wurden möglicherweise durch winzige Funken angetrieben, die zwischen Wassertropfen hüpfen.
Vor vier Milliarden Jahren war die Erde eine leblose Welt, aber eine dynamische. Krachwellen, rauschende Bäche und brüllende Wasserfälle stiegen Wassersprays in eine Atmosphäre, die reich an Kohlendioxid, Stickstoff, Methan und Ammoniak ist. Jüngste Experimente deuten darauf hin, dass diese Wassersprays dazu beigetragen haben, chemische Reaktionen zu springen, die die Bausteine des Lebens hervorrufen.
Laut Richard Zare, Chemiker der Stanford University, und seinen Kollegen, wurden in Wassertropfen aufgebaut und winzige Stromausbrüche ausreicht, um diese Reaktionen mit Strom zu versorgen. Es ist eine neue Wendung für eine alte und heiß diskutierte Theorie über die Ursprünge des Lebens auf der Erde.
Springen Sie die Chemie des Lebens
Die Forscher versuchen immer noch, genau herauszufinden, wie das Leben den Sprung von Chemie zur Biologie (und wohin die Grenze zwischen den beiden zeichnen kann) zwischen 4 und 3,5 Milliarden Jahren gemacht hat. Ein Schlüsselstück dieses Puzzles ist herauszufinden, woher die komplexen Chemikalien aus lebenden Zellen stammen. Dazu gehören Dinge wie die Lipide in unseren Zellmembranen, die Nukleotide, die unsere Gene codieren, die Aminosäuren, die die meisten Arbeitsbits unserer Zellen aufbauen, und andere Moleküle, die sich um Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Stickstoffatomen bauen.
Die meisten verfügbaren Informationen deuten darauf hin, dass die frühe Erde diese komplexen Moleküle, wenn überhaupt, keine große Versorgung hatte, aber die rohen Inhaltsstoffe für sie hatten: verschiedene Kombinationen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor, der nur darauf wartet, auf die richtige Weise kombiniert zu werden.
Der Aufbau neuer Moleküle erfordert jedoch Energie. Zare und seine Kollegen sagen, dass die benötigte Energie aus “Mikrolightning”, unglaublich kleine Stromflicker von Elektrizität, die zwischen Tröpfchen in bewegten Wassersprays auf der frühen Erde fließen.
In den jüngsten Experimenten bemerkte das Team von Chemikern, dass diese Tröpfchen dazu neigen, unterschiedliche elektrische Ladungen zu entwickeln – wie beispielsweise im windwindgeblasenen Meeresspray -, wenn sich Wassertropfen herum bewegen. Es ähnelt dem Prozess, der Blitz in Wolken erzeugt, jedoch auf einer Miniaturskala. Elektrische Ladungen werden aufbauen, und schließlich springen Elektronen von negativ geladenen Tröpfchen zu positiv aufgeladenen in einem winzigen Blitzschreiber.
“Wir betrachten Wasser normalerweise als so gutartig, aber wenn es in Form kleiner Tröpfchen aufgeteilt ist, ist Wasser sehr reaktiv”, sagte Zare in einer Erklärung. Sein Labor untersucht chemische Reaktionen in und zwischen winzigen Wassertropfen. Dieser Mikromotor ist, wie Zare und seine Kollegen es nennen, zu klein und zu schnell, um sie mit dem ungeteilten Auge zu sehen, aber sie haben es geschafft, es mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufzunehmen.
Mikrolighting in einer Flasche
Zare und seine Kollegen besprühten Wasserdampf in eine Kammer, die mit einer Mischung aus Gasen gefüllt war, die vor etwa 2 Milliarden Jahren die Atmosphäre der frühen Erde nachahmen sollen: eine schädliche Mischung aus Ammoniak, Methan, Wasserstoff und Stickstoff. Winzige Mikrolighting -Blitze im Wasserdampf starteten eine Reihe chemischer Reaktionen, die einige sehr komplexe Moleküle erzeugten: das Aminosäureglycin, das Nucleotid -Basis -Uracil und andere.
Die Ergebnisse dieses jüngsten Experiments sind auffallend ähnlich (Wortspiel beabsichtigt) wie ein Experiment der Chemiker der Universität von Chicago, Stanley Miller und Harold Urey, die eine Flasche Wasserdampf, Methan, Ammoniak und Wasserstoffgas mit elektrischem Funken und Aminosäuren erhielten. Miller und Urey schlugen vor, dass das Leben vor etwa 4 Milliarden Jahren seinen Sprungstart vom blitzschnellen Erde-Ozean hatte.
Ihre Hypothese war jedoch ein Blitzabschnitt zur Kritik, vor allem, weil Blitz nicht oft ausreicht, um genügend chemische Reaktionen auf etwas so Großes und Ausbreites auszulösen wie der Ozean.
Wenn der Sprungstart von Mikrofänen in Wassersprays stammte, anstatt Blitzschläge über Wasser zu füllen, sagen Zare und seine Kollegen, dass das Problem das Problem lösen und einer neuen Version der alten Hypothese das Leben verleihen könnte.
“Auf der frühen Erde gab es überall Wassersprays – in Spalten oder gegen Felsen, und sie können diese chemische Reaktion ansammeln und schaffen”, sagte Zare in einer kürzlichen Pressemitteilung. “Ich denke, das überwindet viele der Probleme, die Menschen mit der Hypothese von Miller-Urey haben.”
Zare und seine Kollegen veröffentlichten ihre Arbeiten in der Zeitschrift Science Advances.
