كيف يمكن لشمس شابة عاصفة أن تكون قد بدأت الحياة على الأرض

كشفت دراسة جديدة أن اللبنات الأولى لبناء الحياة على الأرض ، بمعنى[{” 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.

https://www.youtube.com/watch؟v=rGD35PUpTjs
ساعدت الطاقة المستمدة من شمسنا الفتية – قبل 4 مليارات سنة – في تكوين جزيئات في الغلاف الجوي للأرض سمحت لها بالدفء بدرجة كافية لإيواء الحياة. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / جينا دوبيرستين

قال أرابيتيان: “بمجرد أن نشرت هذا المقال ، اتصلت بي مجموعة من جامعة يوكوهاما الوطنية في اليابان”.

كان الدكتور كوباياشي ، أستاذ الكيمياء هناك ، يدرس كيمياء البريبايوتيك على مدار الثلاثين عامًا الماضية. لقد سعى إلى فهم كيفية تأثير الأشعة الكونية بين النجوم – الجسيمات الواردة من خارج نظامنا الشمسي – على الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر. وقال كوباياشي: “يتجاهل معظم الباحثين الأشعة الكونية البينجمية لأنها تتطلب معدات خاصة مثل مسرعات الجسيمات”. “أنا محظوظ لأنني أستطيع الوصول إلى الكثير بالقرب من منشآتنا.” يمكن للتغييرات الصغيرة في الإعداد التجريبي لـ Kobayashi أن تضع أفكار Irabedian على المحك.

ابتكر Airapetian و Kobayashi ومعاونوهما تركيبة من الغازات تتطابق مع الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر كما نفهمه اليوم. لقد جمعوا ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين الجزيئي والماء وكميات متغيرة من الميثان. (نسبة الميثان في الغلاف الجوي المبكر للأرض غير مؤكدة ولكن يُعتقد أنها منخفضة.) أشعلوا خليط الغاز عن طريق إطلاق البروتونات (محاكاة جزيئات الشمس) أو تفريغ شرارة (محاكاة البرق) ، تكرار تجربة ميلر أوري للمقارنة.

طالما كانت نسبة الميثان أكبر من 0.5٪ ، فإن المركبات التي تم التقاطها بواسطة البروتونات (جزيئات الطاقة الشمسية) تنتج كميات قابلة للاكتشاف من الأحماض الأمينية والأحماض الكربوكسيلية. لكن انبعاثات الشرر (البرق) تتطلب تركيز غاز الميثان بنسبة 15٪ قبل تكوين الأحماض الأمينية.

وأضاف أرابيتيان: “حتى مع وجود نسبة 15٪ من الميثان ، فإن معدل إنتاج الأحماض الأمينية عن طريق البرق أقل بمليون مرة من مثيله في البروتونات”. تميل البروتونات إلى إنتاج المزيد من الأحماض الكربوكسيلية (سلائف الأحماض الأمينية) أكثر من تلك التي تشتعل عن طريق التفريغ الشراري.

لقطة مقرّبة تتضمن توهجًا شمسيًا ، ووهجًا شمسيًا ، وطردًا للكتلة الإكليلية ، وحدث جسيم للطاقة الشمسية. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

مع تساوي كل شيء آخر ، يبدو أن جزيئات الطاقة الشمسية مصدر طاقة أكثر كفاءة من البرق. واقترح إيرابيتيان أن كل شيء آخر غير متساوٍ. افترض ميلر وأوري أن البرق كان شائعًا في وقت “البركة الصغيرة الدافئة” كما هو الحال اليوم. لكن البرق الناجم عن السحب الرعدية المتكونة من ارتفاع الهواء الدافئ كان نادرًا تحت أشعة الشمس الخافتة بنسبة 30٪.

قال إرابيتيان: “خلال موسم البرد ، لم يكن لديك برق أبدًا ، وكانت الأرض المبكرة تحت أشعة الشمس القاتمة جدًا”. “هذا لا يعني أنه لا يمكن أن يأتي من البرق ، لكن البرق يبدو أقل احتمالا الآن ، والجسيمات الشمسية أكثر احتمالا.”

تشير هذه التجارب إلى أن شمسنا الصغيرة النشيطة كان من الممكن أن تحفز أسلاف الحياة بسهولة أكبر ، وربما قبل ذلك ، مما كان يعتقد سابقًا.

المرجع: “تكوين الأحماض الأمينية والأحماض الكربوكسيلية المختزلة بشكل ضعيف في الغلاف الجوي للكواكب بواسطة جزيئات الطاقة الشمسية من الشمس الصغيرة” بقلم كينسي كوباياشي جون إيتشي إيسي ، ريوهي أوكي ، ميي كينوشيتا ، كوكي نايتو ، تاكومي كوتشي- ، تاكومي كوشي- تاكاهاشي هيرومي شيباتا ، هاجيمي ميتا ، هيتوشي فوكودا ، يوشيوكي أوجوري ، كيميتاكا كاوامورا ، يوكو كيبوكاوا ، وفلاديمير س. الأيرابيديان ، 28 أبريل 2023 ، حياة.
DOI: 10.3390 / life13051103