اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون بأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
“إنه حي! إنه حي!”
في فيلم “فرانكشتاين” عام 1931 ، كان الدكتور هنري فرانكشتاين عويل أن انتصاره كان لحظة كهربة بأكثر من طريقة. وبما أن البراغي الضخمة من البرق والطاقة ، فقد تحرك وحش فرانكشتاين على طاولة مختبر ، جلبت جثتها في الحياة من خلال قوة الكهرباء.
قد تكون الطاقة الكهربائية قد أثارت أيضًا بدايات الحياة على الأرض منذ مليارات السنين ، على الرغم من أنها أقل قليلاً من مشهد الفيلم الكلاسيكي.
يبلغ عمر الأرض حوالي 4.5 مليار سنة ، وأقدم أدلة أحفورية مباشرة على الحياة القديمة – ستروماتوليت ، أو الكائنات المجهرية المحفوظة في طبقات تعرف باسم الحصير الميكروبية – حوالي 3.5 مليار سنة. ومع ذلك ، فإن بعض العلماء يشتبهون في أن الحياة نشأت في وقت مبكر ، الناشئة عن الجزيئات العضوية المتراكمة في الأجسام البدائية من الماء ، ويشار إلى الخليط أحيانًا باسم الحساء البدائي.
ولكن من أين جاءت هذه المادة العضوية في المقام الأول؟ اقترح الباحثون منذ عقود أن البرق تسبب في تفاعلات كيميائية في محيطات الأرض القديمة وأنتجوا الجزيئات العضوية تلقائيًا.
الآن ، تشير الأبحاث الجديدة التي نشرت في 14 مارس في مجلة Science Advances إلى أن الأزهار من “microlightning” بالكاد المرئية ، والتي تم إنشاؤها بين قطرات ضباب الماء المشحونة ، يمكن أن تكون قوية بما يكفي لطهي الأحماض الأمينية من المواد غير العضوية. الأحماض الأمينية – الجزيئات العضوية التي تجمع بين البروتينات – هي لبنات بناء أساسية في الحياة وستكون الخطوة الأولى نحو تطور الحياة.
وقالت أخصائي الفلكي والأخصائي الجيولوجي الدكتور آمي ج. ويليامز ، أستاذ مشارك في قسم العلوم الجيولوجية بجامعة فلوريدا: “من المعترف به أن المحفز النشط كان من المؤكد أنه كان مطلوبًا لتسهيل بعض ردود الفعل على الأرض المبكرة التي أدت إلى أصل الحياة”. لكي تتشكل أحماض Animo ، فإنها تحتاج إلى ذرات النيتروجين التي يمكن أن تربط الكربون. يتطلب تحرير الذرات من غاز النيتروجين قطع الروابط الجزيئية القوية ويأخذ كمية هائلة من الطاقة ، وفقًا لويليامز ، الذي لم يشارك في البحث.
وقال ويليامز لـ CNN في رسالة بالبريد الإلكتروني: “البرق ، أو في هذه الحالة ، يتمتع بميكرولايت ، بالطاقة لكسر الروابط الجزيئية ، وبالتالي تسهل توليد جزيئات جديدة حاسمة في أصل الحياة على الأرض”.
ضباب و microlightning
لإعادة إنشاء سيناريو قد يكون قد أنتج أول جزيئات عضوية للأرض ، قام الباحثون ببناء على تجارب من عام 1953 عندما قام الكيميائيون الأمريكيون ستانلي ميلر وهارولد أوري باختطاف مزيج من الغاز يحاكي جو الأرض القديمة. أرفق Miller و Urey الأمونيا (NH3) ، الميثان (CH4) ، الهيدروجين (H2) والماء ، “الغلاف الجوي” داخل كرة زجاجية وتجوزه بالكهرباء ، مما ينتج عنه أحماض أمينية بسيطة تحتوي على الكربون والنيتروجين. دعمت تجربة ميلر أوري ، كما هو معروفة الآن ، النظرية العلمية لتكوين التولد: أن الحياة يمكن أن تخرج من جزيئات غير حية.
وقال مؤلف الدراسة ، الدكتور ريتشارد زير ، أستاذ العلوم الطبيعية في مارغوريت بليك ويلبر ، أستاذ العلوم الطبيعية وأستاذ الكيمياء في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا ، للدراسة الجديدة ، قام العلماء بإعادة النظر في تجارب عام 1953 لكنهم وجهوا انتباههم نحو النشاط الكهربائي على نطاق أصغر. نظر زير وزملاؤه في تبادل الكهرباء بين قطرات المياه المشحونة التي يبلغ قطرها بين 1 ميكرون و 20 ميكرون. (عرض الشعر البشري هو 100 ميكرون.)
وقال زار لـ CNN: “يتم شحن القطرات الكبيرة بشكل إيجابي. القطرات الصغيرة مشحونة سلبًا”. “عندما تكون القطرات التي لها رسوم معاكسة قريبة من بعضها البعض ، يمكن للإلكترونات القفز من القطرات المشحونة سلبًا إلى قطرة مشحونة إيجابية.”
يعيد الكيميائي الأمريكي ستانلي ميلر ، الذي يستخدم معدات المختبر الأصلية ، إنشاء تجربة ميلر أوري ، التي دعمت النظرية العلمية القائلة بأن الحياة يمكن أن تنشأ من جزيئات غير حية. – Roger Ressmeyer/Corbis/Getty Images
قام الباحثون بخلط الأمونيا وثاني أكسيد الكربون والميثان والنيتروجين في لمبة زجاجية ، ثم قاموا برش الغازات مع ضباب الماء ، باستخدام كاميرا عالية السرعة لالتقاط وميض باهت من microlightning في البخار. عندما فحصوا محتويات المصباح ، وجدوا جزيئات عضوية مع روابط النيتروجين الكربونية. وشملت هذه الجليسين الأحماض الأمينية و uracil ، قاعدة النوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي.
“لقد اكتشفنا أي كيمياء جديدة ؛ لقد استنسخنا بالفعل كل الكيمياء التي قام بها ميلر وأوري في عام 1953” ، قال زار. وأضاف أن الفريق لم يكتشف فيزياء جديدة – استندت التجارب إلى مبادئ معروفة للكهرباء.
“ماذا نحن يملك تم القيام به ، لأول مرة ، أننا رأينا أن القطرات الصغيرة ، عندما تشكل من الماء ، تنبعث منها بالفعل الضوء والحصول على هذه الشرارة “، قال زير:” هذا جديد. وهذا الشرارة تسبب جميع أنواع التحولات الكيميائية. “
الماء والحياة
يقول الباحثون إن البرق كان نادرًا للغاية لإنتاج الأحماض الأمينية بكميات كافية للحياة. – Mariana Suarez/AFP/Getty Images
البرق هو عرض دراماتيكي للطاقة الكهربائية ، لكنه أيضًا متقطع ولا يمكن التنبؤ به. وقال زير إن حتى في الأرض المتطايرة منذ مليارات السنين ، ربما كان البرق نادرًا للغاية لإنتاج الأحماض الأمينية بكميات كافية مدى الحياة – وهي حقيقة أدت إلى شك في مثل هذه النظريات في الماضي.
رذاذ الماء ، ومع ذلك ، كان سيكون أكثر شيوعا من البرق. السيناريو الأكثر احتمالا هو أن microlighting التي تم إنشاؤها بالضباب تنطلق باستمرار من الأحماض الأمينية في الوجود من البرك والبرك ، حيث يمكن للجزيئات أن تتراكم وتشكل جزيئات أكثر تعقيدًا ، مما يؤدي في النهاية إلى تطور الحياة.
وقال زار: “إن الرسوم المجهرية بين أجهزة الميكرودات المائية المشحونة بوضوح تجعل جميع الجزيئات العضوية التي لوحظت سابقًا في تجربة ميلر أوري”. “نقترح أن هذه آلية جديدة لتوليف ما قبل التوليف للجزيئات التي تشكل اللبنات الأساسية للحياة.”
ومع ذلك ، حتى مع النتائج الجديدة حول microlightning ، تظل الأسئلة حول أصول الحياة. في حين أن بعض العلماء يدعمون فكرة البدايات المشحونة كهربائياً من أجل أقدم لبنات البناء في الحياة ، تقترح فرضية بديلة للتكوين التوليد أن الأحماض الأمينية الأولى للأرض تم طهيها حول فتحات الفتحات الحرارية المائية على قاع البحر ، والتي تنتجها مزيج من مياه البحر والسوائل الغنية بالهيدروجين والضغط القصوى.
تشير فرضية أخرى إلى أن الجزيئات العضوية لم تنشأ على الأرض على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، تشكلت في الفضاء وحملها هنا من قبل المذنبات أو شظايا من الكويكبات ، وهي عملية تعرف باسم Panspermia.
قال زير: “ما زلنا لا نعرف إجابة هذا السؤال”. “لكنني أعتقد أننا أقرب إلى فهم شيء أكثر حول ماذا استطاع لقد حدث “.
على الرغم من أن تفاصيل أصول الحياة على الأرض قد لا يتم شرحها بالكامل ، “توفر هذه الدراسة وسيلة أخرى لتشكيل جزيئات حاسمة في أصل الحياة” ، قال ويليامز. “المياه هي جانب في كل مكان في عالمنا ، مما يؤدي إلى” الرخام الأزرق “لقب لصف الأرض من الفضاء. ربما يكون سقوط الماء ، وهو العنصر الأكثر أهمية الذي يحافظ علينا ، دورًا أكبر في أصل الحياة على الأرض أكثر مما اعترفنا سابقًا.”
ميندي ويسبرغر كاتبة علمية ومنتج إعلامي ظهر عمله في مجال العلوم الحية ، العلمي الأمريكي وكيف يعمل مجلة.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com