Poszukiwania początków ziemskiego życia, tak jak poszukiwania życia w kosmosie, wciąż trwają. Najnowsze badania opublikowane w czasopiśmie Nature Communications proponują nową teorię. Zdaniem naukowców miliardy piorunów, które uderzały w naszą planetę przed milionami lat mogły pomóc w „odblokowaniu” kluczowych związków fosforu, które utorowały drogę do powstania pierwszych form życia.
– W naszych badaniach po raz pierwszy pokazujemy, że uderzenia piorunów były prawdopodobnie znaczącym źródłem reaktywnego fosforu na Ziemi, mniej więcej w czasie, gdy powstało życie [3,5-4,5 mld lat temu]. Pioruny mogły więc odegrać rolę w dostarczaniu fosforu do powstania życia na Ziemi – wyjaśnia główny autor badania Benjamin Hess, doktorant na Wydziale Nauk o Ziemi i Planetarnym Uniwersytecie Yale.
W jaki sposób wyładowania atmosferyczne mogły przyczynić się do powstania życia na Ziemi? Kluczowy jest fosfor – a raczej materiały organiczne, które atomy fosforu mogą wytwarzać w połączeniu z innymi pierwiastkami biologicznie niezbędnymi. Jednymi ze związków kluczowych dla wszystkich znanych nam form życia są fosforany (jony złożone z trzech atomów tlenu i jednego atomu fosforu). Fosforany tworzą szkielet DNA, RNA i ATP, a także są głównymi składnikami kości, zębów i błon komórkowych.
Ale około 4 miliardy lat temu, podczas gdy w ziemskiej atmosferze prawdopodobnie było dużo wody i dwutlenku węgla, większość naturalnego fosforu na planecie była „uwięziona” w nierozpuszczalnych skałach. To uniemożliwiało mu nawiązanie połączeń, koniecznych do stworzenia fosforanów.
Jedna z teorii wyjaśniających pochodzenie fosforu na naszej planecie wyjaśnia, że wczesna Ziemia otrzymała fosfor z meteorów przenoszących minerał zwany schreibersytem (fosforek żelaza, niklu i kobaltu), który jest częściowo wykonany z fosforu i jest rozpuszczalny w wodzie. Ale nowe badania podważają tę teorię sugerując, że aby tak się stało meteoryty schreibersytowe musiałyby uderzać w Ziemię przez miliony lub miliardy lat i koncentrować się na jednym obszarze. Tymczasem w okresie 3,5-4,5 mld lat temu, kiedy pojawiło się życie, intensywność uderzeń meteorytów w Ziemię spadła.
Jednak naukowcy doszli do wniosku, że mógł istnieć inny sposób na wytworzenie skały podobnej do schreibersytu „lokalnie” – na Ziemi. „Wystarczy trochę ziemi, chmura i kilka miliardów uderzeń piorunów” – twierdzi Hess.
Pioruny są w stanie rozgrzać powierzchnie do prawie 2760 stopni Celsjusza, tworząc nowe minerały, których wcześniej nie było. W nowych badaniach Hess i jego koledzy zbadali wyrzuconą przez piorun bryłę skały, zwaną fulgurytem, którą wcześniej wydobyto na terenach Illinois. Zespół odkrył, że w skale utworzyły się małe kulki schreibersytu, wraz z wieloma innymi szklistymi minerałami.
Główny korpus badanego fulgurytu, czyli szkła utworzonego w wyniku uderzenia pioruna (fot. Benjamin Hess)
Mając wstępny dowód na to, że uderzenia pioruna mogą stworzyć schreibersyt bogaty w fosfor, zespół musiał następnie obliczyć, czy we wczesną Ziemię mogła uderzyć wystarczająca ilość piorunów, aby uwolnić do środowiska ilość pierwiastka pozwalającą na rozwinięcie życia. Korzystając z modeli wczesnej atmosfery Ziemi, naukowcy oszacowali, ile uderzeń piorunów mogło spadać na planetę każdego roku.
Obecnie w Ziemię uderza około 560 mln piorunów rocznie. Zespół obliczył, że 4 miliardy lat temu, kiedy atmosfera ziemska była znacznie bogatsza w CO2, a przez to gorętsza i bardziej podatna na burze, prawdopodobnie każdego roku dochodziło do od 1 do 5 miliardów takich wyładowań. Zespół oszacował, że spośród tych uderzeń od 100 milionów do 1 miliarda rocznie trafiało w ląd.
Hess powiedział, że przez miliard lat w naszą młodą planetę mogło uderzyć nawet trylion piorunów (trylion to 1 i 18 zer). Każdy z nich uwalniał trochę użytecznego fosforu, a w okresie 4,5-3,5 mld lat temu mogło to dostarczać Ziemi od 110 do 11 000 kilogramów pierwiastka rocznie.
Hess przyznaje, że to wyniki o bardzo szerokim zakresie, wynikającym z braku danych co do warunków panujących na wczesnej Ziemi. Podkreśla jednak, że nawet najmniejsza ilość fosforu mogła mieć wpływ na powstanie życia na naszej planecie.
Być może połączenie uderzenia asteroidy i uderzenia pioruna ostatecznie dało Ziemi fosfor potrzebny do utkania pierwszych biologicznie niezbędnych cząsteczek, takich jak DNA i RNA – podsumowują naukowcy.