Życie na Ziemi mogło powstać na dnie oceanu. Europa i Enceladus pomogą potwierdzić tę teorię

W najnowszym artykule naukowym opublikowanym na łamach periodyku Astrobiology, naukowcy z NASA opisali w jaki sposób odtworzyli warunki, które mogły panować na dnie oceanów pokrywających młodą Ziemię. Okazało się, że pod wpływem wysokiego ciśnienia, płyn z tych szczelin w dnie morskim, zmieszany z wodą oceaniczną mógł wchodzić w reakcję z minerałami z kominów hydrotermalnych, prowadząc do powstawania związków organicznych, które stanowią podstawę niemal całego życia na Ziemi.

Prowadzone obecnie badania stanowią wprowadzone do pogłębionych badań takich wodnych globów jak Enceladus (księżyc Saturna) czy Europa (księżyc Jowisza), które pod grubą skorupą lodową najprawdopodobniej skrywają globalne oceany, na których dnie mogą zachodzić procesy hydrotermalne takie jak na Ziemi i w symulacjach NASA.

Symulując warunki, które mogły istnieć na dnie oceanu na nowo powstałej Ziemi, zanim pojawiło się życie morskie, doktorantka Lauren White wraz ze współpracownikami przeprowadziła eksperyment, w którym połączyła bogatą w wodór wodę, taką jaka mogła wypływać przez kominy z dna oceanicznego, wodę morską wzbogaconą o dwutlenek węgla oraz nieliczne minerały, które mogły uformować się w tym środowisku.

Następnie badacze symulowali kominy, które nie emitowały szczególnie gorącej wody (około 100 stopni Celsjusza). Głównym wyzwaniem było stworzenie eksperymentu, w którym utrzymywane jest ciśnienie takie samo jak kilometr pod powierzchnią wody (około 100 razy większe od ciśnienia powietrza na poziomie morza). We wcześniejszych eksperymentach testowano już podobne  reakcje chemiczne w pojedynczych komorach ciśnieniowych, jednak White chciała dokładniej odtworzyć własności fizyczne symulowanego środowiska, włącznie z tym jak płyny się przemieszczają i mieszają. Wymagało to utrzymywania wysokiego ciśnienia w wielu komorach, co tylko zwiększało poziom skomplikowania całego projektu.

Naukowcy chcieli ustalić czy w takich warunkach mogły powstawać złożone związki organiczne, tj. zawierające atomy węgla oraz innych pierwiastków, najczęściej wodoru. Takimi złożonymi związkami organicznymi mogą być m.in. aminokwasy, z których mogą z kolei powstawać cząsteczki RNA czy DNA.

Choć poszczególne atomy węgla i wodoru mogły się ze sobą zderzać w prehistorycznym oceanie, to nie musiały wcale się ze sobą łączyć w związki organiczne. Takie procesy wymagają energii.

Wcześniejsze badania prowadzone przez White i jej współpracowników wykazały, że woda wypływająca z kominów hydrotermalnych mogła prowadzić do powstawania siarczków żelaza. Jako katalizatory, siarczki żelazy mogły dostarczać energii, w ten sposób obniżając ilość energii niezbędną do reakcji węgla z wodorem i zwiększając prawdopodobieństwo powstawania związków organicznych.

W ramach nowych badań sprawdzano czy takie reakcje mogły zachodzić w warunkach fizycznych panujących w pobliżu kominów hydrotermalnych na dnie pradawnego oceanu.

Okazało się, że tak.

Naukowcy doprowadzili do powstania mrówczanów i śladowych ilości metanu - oba te związki są organiczne.

Naturalnie występujący na Ziemi metan w dużej mierze produkowany jest przez organizmy żywe lub z procesów rozkładu materii biologicznej, w tym zwierząt i roślin.  Czy zatem metan na innych planetach także może być oznaką aktywności biologicznej?

Aby móc wykorzystać metan do poszukiwania życia na innych planetach, naukowcy muszą najpierw zrozumieć jego biologiczne i niebiologiczne źródła.

Jestem przekonany, że to istotna informacja, że te reakcje mogą zachodzić w tych warunkach fizycznych i w takim ciśnieniu. Oczywiście wciąż daleko do potwierdzenia, że życie mogło powstać właśnie w takim środowisku, ale jeżeli ktoś kiedykolwiek będzie chciał tego dowieść, to będziemy potrzebowali potwierdzenia możliwości wystąpienia każdego z poszczególnych procesów w to zaangażowanych.

Cały projekt badawczy opiera się na stworzonej przez Michaela Russela hipotezie, która mówi, że życie na Ziemi mogło powstać na dnie pierwszych oceanów na Ziemi. Powstanie związków organicznych byłoby istotnym elementem tego procesu. Naukowcy z JPL badają także inne aspekty tego problemu, np. odtwarzanie warunków chemicznych panujących we wczesnym oceanie i sprawdzanie czy mogą w nich powstawać aminokwasy.

W ciągu najbliższych kilku lat NASA planuje wysłać sondę Europa Clipper, która będzie krążyła wokół Jowisza i wykonywała liczne bliskie przeloty w pobliżu Europy, jednego z lodowych księżyców. Astronomowie podejrzewają, że widoczne na jego powierzchni gejzery mogą tryskać wodą pochodzącą z podpowierzchniowego oceanu, który skrywa się pod 3-30 kilometrami lodu. Głębokość oceanu szacuje się na około 80 km.