جهان چگونه کار می کند؟ on Telegram: “مدل های جدید منشأ حیات را روشن می کند اولین نشان…”

مدل های جدید منشأ حیات را روشن می کند

اولین نشانه های حیات به شکل میکروب ها در حدود چهار میلیارد سال پیش روی زمین ظاهر شد. در حالی که دانشمندان هنوز در حال تعیین دقیق زمان و چگونگی پیدایش این میکروب ها هستند، واضح است که پیدایش حیات به طور پیچیده ای با ویژگی های شیمیایی و فیزیکی زمین اولیه در هم تنیده است.
داستین تریل، دانشیار علوم زمین و محیط زیست در دانشگاه روچستر می گوید:"منطقی است که گمان کنیم که اگر ویژگی‌های شیمیایی اولیهٔ سیارهٔ ما متفاوت بود، حیات می‌توانست متفاوت شروع شود یا اصلاً شروع نشود."
اما زمین میلیاردها سال پیش چگونه بود و چه ویژگی هایی ممکن است به شکل گیری حیات کمک کرده باشد؟ در مقاله ای که در ساینس، توسط تریل و توماس مک کولوم، همکار پژوهشی در دانشگاه کلرادو بولدر منتشر شده است، اطلاعات کلیدی را در تلاش برای کشف این موضوع فاش می کنند. این تحقیق پیامدهای مهمی نه تنها برای کشف منشأ حیات بلکه در جستجوی حیات در سیارات دیگر دارد.
تریلر می‌گوید:"ما اکنون در برههٔ زمانی هیجان انگیزی هستیم که در آن بشر به دنبال حیات در سیارات و قمرهای دیگر و همچنین در سایر منظومه های سیاره ای است. اما ما هنوز نمی دانیم زندگی در سیاره خودمان چگونه (یا حتی در چه زمانی) آغاز شد. تحقیقاتی مانند تحقیقات ما به شناسایی شرایط خاص و مسیرهای شیمیایی که می‌توانستند از پیدایش حیات پشتیبانی کنند، کمک می‌کند، کاری که مطمئناً نقش برجسته‌ای در جستجوی حیات در خارج از سیارهٔ ما دارد."

اهمیت فلزات در پیدایش حیات

تحقیق در مورد حیات و منشأ آن معمولاً شامل زمینه‌های مختلفی از جمله ژنومیک، مطالعهٔ ژن‌ها و عملکرد آنها؛ پروتئومیکس، مطالعهٔ پروتئین ها؛ و یک زمینهٔ در حال ظهور به نام متالومیک، که نقش مهم فلزات را در انجام عملکردهای سلولی بررسی می کند؛ می‌شود. با تکامل حیات، نیاز به فلزات خاص تغییر کرد، اما تریل و مک کولوم می خواستند تعیین کنند که چه فلزاتی ممکن است در زمان پیدایش میکروب ها میلیاردها سال پیش در دسترس بوده باشند.
تریل می‌گوید:"هنگامی که فرضیه‌هایی برای سناریوهای مختلف منشأ حیات ارائه می‌شود، دانشمندان عموماً فرض می‌کنند که همهٔ فلزات در دسترس بوده‌اند، زیرا مطالعاتی وجود نداشته است که محدودیت‌های زمین‌شناختی قوی بر روی غلظت فلزات سیالات برای اولین زمان‌های تاریخ زمین ارائه کند."
برای رفع این کاستی، تریل و مک کولوم ترکیب و ویژگی های سیالات را در لیتوسفر (لایهٔ بیرونی زمین که شامل پوسته و گوشته فوقانی است) میلیاردها سال پیش مطالعه کردند. این سیالات لیتوسفری مسیرهای کلیدی برای انتقال بخش‌های محلول سنگ‌ها و مواد معدنی بین داخل زمین و حوضچه‌های گرمابی در قسمت بیرونی آن هستند، جایی که حیات میکروبی می‌توانست شکل گرفته باشد. در حالی که محققان نمی توانند به طور مستقیم فلزاتی را که میلیاردها سال پیش وجود داشته اند، با تعیین خواص مایعات اندازه گیری کنند. آن‌ها می‌توانند استنباط کنند که چه فلزاتی (و غلظت فلزات) می‌توانستند در طول زمان ظهور حیات روی این سیاره بین داخل و خارج زمین منتقل شده باشند.

سرنخ هایی در کانی های چند میلیارد ساله

سنگ ها و کانی های چند میلیارد ساله اغلب تنها منابع مستقیم اطلاعات در مورد اولین تاریخ زمین هستند. دلیل آن این است که سنگ‌ها و کانی‌ها اطلاعات مربوط به ترکیب زمین را در زمان شکل‌گیری نگه می‌دارد.
محققان آزمایش‌هایی با فشار بالا و دمای بالا انجام دادند و این نتایج را روی زیرکُن‌های (zircons) اولیهٔ زمین، یک نوع کانی تنومند جمع‌آوری‌شده در مکان‌هایی در استرالیای غربی، برای تعیین فشار اکسیژن، محتوای کلر و دمای سیالات لیتوسفر در میلیاردها سال پیش به کار بردند. سپس این اطلاعات را در مدل های کامپیوتری وارد می کنند. این مدل‌ها به آن‌ها اجازه می‌دادند خواص سیالات لیتوسفری را شبیه‌سازی کنند، و به نوبهٔ خود، شبیه‌سازی کنند که کدام فلزات می‌توانستند از میان سیالات عبور کرده و به حوضچه‌های گرمابی در سطح زمین برسند.

درک چگونگی پیدایش حیات

محققان از آنچه شبیه سازی های مدل نشان داد شگفت زده شدند. به عنوان مثال، بسیاری از محققین منشاء حیات، مس را یک جزء محتمل در شیمی می دانند که می تواند منجر به حیات شود. اما تریل و مک کولوم شواهدی مبنی بر فراوانی مس تحت محدودیت‌ها در آنالیز خود پیدا نکردند.
یکی از فلزاتی که آنها آزمایش کردند و ممکن است در غلظت های بالا در دسترس بوده باشد، منگنز بود. در حالی که به ندرت در سناریوهای منشاء حیات در نظر گرفته می شود، امروزه منگنز به بدن کمک می کند تا استخوان ها را تشکیل دهد و به آنزیم ها در تجزیه کربوهیدرات ها و کلسترول کمک می کند.

Source
-
«Channel of Science is for all»