Een recente studie geeft aan dat de basisingrediënten voor het leven op aarde mogelijk afkomstig zijn van zonne-uitbarstingen. Het onderzoek toonde aan dat de botsing van de moleculen van de zon met gassen in de oeratmosfeer van de aarde aminozuren en carbonzuren zou kunnen produceren, die de bouwstenen zijn voor eiwitten en organisch leven. Met behulp van gegevens van NASA’s Kepler-missie suggereerden de onderzoekers dat tijdens de vroege superflare-fase energetische deeltjes van de zon regelmatig in wisselwerking zouden treden met onze atmosfeer, waardoor fundamentele chemische reacties op gang zouden komen. Experimentele iteraties gaven aan dat de moleculen van de zon een efficiëntere energiebron lijken te zijn dan bliksem voor de synthese van aminozuren en carbonzuren. Krediet: NASA/Goddard Space Flight Center
Een nieuwe studie stelt dat de eerste bouwstenen van het leven op aarde namelijk[{” 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.
Energie van onze jonge zon 4 miljard jaar geleden hielp bij het creëren van moleculen in de atmosfeer van de aarde waardoor ze voldoende konden opwarmen om leven te herbergen. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jenna Duberstein
“Zodra ik dat artikel had gepubliceerd, nam een team van de Yokohama National University vanuit Japan contact met me op”, zei Airapetian.
Dr. Kobayashi, een professor scheikunde daar, had de afgelopen 30 jaar de chemie van prebiotica bestudeerd. Hij probeerde te begrijpen hoe galactische kosmische stralen – deeltjes van buiten ons zonnestelsel – de atmosfeer van de vroege aarde konden hebben beïnvloed. “Galactische kosmische straling wordt door de meeste onderzoekers genegeerd omdat ze gespecialiseerde apparatuur nodig hebben, zoals deeltjesversnellers,” zei Kobayashi. “Ik had het geluk om toegang te hebben tot een aantal van hen in de buurt van onze faciliteiten.” Kleine aanpassingen aan de experimentele opstelling van Kobayashi zouden de ideeën van Airapetian op de proef kunnen stellen.
Airapetian en Kobayashi en hun medewerkers creëerden een mengsel van gassen dat overeenkomt met de vroege atmosfeer van de aarde zoals we die nu begrijpen. Ze verzamelden koolstofdioxide, moleculaire stikstof, water en een variabele hoeveelheid methaan. (Het aandeel methaan in de vroege atmosfeer van de aarde is onzeker, maar wordt verondersteld laag te zijn.) Ze schoten het gasmengsel met protonen (simulatie van zonnedeeltjes) of ontstaken het met een vonkontlading (simulatie van bliksem), waarbij het Miller-Urey-experiment werd herhaald voor vergelijking.
Zolang het methaangehalte hoger was dan 0,5%, produceerden de mengsels die vrijkwamen door de protonen (de zonne-energiedeeltjes) aantoonbare hoeveelheden aminozuren en carbonzuren. Maar vonk (bliksem) ontladingen vereisen een methaanconcentratie van ongeveer 15% voordat er zich überhaupt aminozuren kunnen vormen.
“Zelfs als er 15% methaan aanwezig is, is de productiesnelheid van aminozuren door bliksem een miljoen keer lager dan de productie van protonen,” voegde Airapetian eraan toe. Protonen hebben ook de neiging om meer carbonzuren (verkrijgers van aminozuren) te produceren dan die welke worden ontstoken door vonkontlading.
Close-up van een vulkaanuitbarsting op de zon, inclusief een zonnevlam, coronale massa-uitstoting en zonne-massa-uitstoting. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center
Als al het andere gelijk is, lijken zonnedeeltjes een efficiëntere energiebron te zijn dan bliksem. Al het andere was waarschijnlijk niet gelijk, opperde Airapetian. Miller en Urey veronderstelden dat bliksem net zo gewoon was in de tijd van “warme kleine vijver” als nu. Maar bliksem, afkomstig van onweerswolken gevormd uit opstijgende warme lucht, zou ongeveer 30% zeldzamer zijn geweest bij weinig zonlicht.
“Tijdens koude omstandigheden heb je nooit bliksem en stond de vroege aarde onder een zeer zwakke zon,” zei Airapetian. “Dat betekent niet dat het niet door bliksem kan komen, maar bliksem lijkt nu minder waarschijnlijk en zonnedeeltjes lijken waarschijnlijker.”
Deze experimenten suggereren dat onze jonge, energieke zon gemakkelijker en misschien eerder voorlopers van leven had kunnen veroorzaken dan eerder werd aangenomen.
Referentie: “Vorming van aminozuren en carbonzuren in de zwakke vermindering van planetaire atmosferen door zonnedeeltjes van de jonge zon” door Kensei Kobayashi Jun-ichi Ise, Ryuhei Aoki, Mei Kinoshita, Koki Naito, Takumi Udo, Bhagawati Konivore Takahashi, Hiromi Shibata, Hajime Mita, Hitoshi Fukuda, Yoshiyuki Oguri Kimitaka Kawamura, Yoko Kibukawa en Vladimir S. Irpetian, 28 april 2023 Hier beschikbaar. leven.
DOI: 10.3390/life13051103
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
