Precyzyjne warunki chemiczne wczesnej Ziemi zadecydowały o możliwości powstania życia

Najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z ETH Zurich rzuciły nowe światło na niezwykle wąskie parametry chemiczne, które umożliwiły proces abiogenezy na naszej planecie. Praca opublikowana w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature Astronomy” wskazuje, że do narodzin życia nie wystarczyła jedynie obecność wody i sprzyjająca temperatura. Kluczowym czynnikiem okazała się precyzyjna koncentracja tlenu w płaszczu Ziemi na wczesnych etapach jej formowania, co miało miejsce około 4,6 miliarda lat temu. To właśnie ten specyficzny stan geochemiczny położył fundamenty pod rozwój biologiczny, jaki znamy dzisiaj.

Zespół badawczy, w którego skład weszli Craig Walton, pracownik naukowy NOMIS–ETH, oraz profesor Maria Schönbachler z Instytutu Geochemii i Petrologii w ETH Zurich, wykorzystał zaawansowane modelowanie komputerowe do odtworzenia warunków panujących wewnątrz młodej planety. Wykazali oni, że zatrzymanie w płaszczu Ziemi pierwiastków niezbędnych do życia, takich jak fosfor (fundament struktury DNA/RNA oraz nośnik energii komórkowej) oraz azot (kluczowy składnik białek), jest procesem ekstremalnie wrażliwym na poziom tlenu w okresie formowania się jądra. Walton i Schönbachler doszli do wniosku, że Ziemia powstała w unikalnej chemicznej „strefie Złotowłosej”, gdzie proporcje składników były idealnie wyważone.

Przeprowadzone symulacje ujawniły dramatyczne skutki nawet niewielkich odchyleń od tego stanu równowagi. Gdyby poziom tlenu był choć trochę wyższy, azot zostałby bezpowrotnie utracony w przestrzeni kosmicznej, uniemożliwiając budowę białek. Z kolei przy niższym poziomie tlenu, fosfor zostałby uwięziony w metalicznym jądrze planety, stając się całkowicie niedostępnym dla procesów biochemicznych. Profesor Schönbachler, której doświadczenie obejmuje analizę próbek z misji kosmicznych takich jak Hayabusa2 i OSIRIS-Rex, podkreśla fundamentalne znaczenie tych specyficznych warunków. Wyniki te stawiają pod znakiem zapytania potencjalną zdatność do zamieszkania innych planet, w tym Marsa, który prawdopodobnie uformował się poza tym wąskim zakresem chemicznym.

Omawiane odkrycie znacząco przesuwa punkt ciężkości w badaniach astrobiologicznych – z tradycyjnego poszukiwania wody w stanie ciekłym na znacznie bardziej subtelny filtr chemiczny związany z wczesnym natlenieniem planety. Podczas gdy wcześniejsze teorie abiogenezy zakładały istnienie atmosfery redukującej o bardzo niskiej zawartości wolnego tlenu, nowe dane wskazują na konieczność istnienia pośredniego, precyzyjnie zbalansowanego poziomu tlenu dokładnie w krytycznym momencie akrecji jądra. Craig Walton podkreśla, że zdolność Ziemi do podtrzymywania życia nie była gwarantowana, lecz stanowi wynik niezwykłego „szczęścia chemicznego”, które rzadko zdarza się w skali wszechświata.

Wnioski płynące z tych analiz sugerują, że w przyszłych poszukiwaniach życia pozaziemskiego należy zwracać uwagę nie tylko na obecność wody, ale także na skład chemiczny gwiazd macierzystych, ponieważ to on determinuje chemię formujących się wokół nich planet. Otwiera to zupełnie nowe perspektywy dla projektów takich jak NCCR „Genesis”, kierowanego przez ETH Zurich, który dąży do integracji nauk o Ziemi, chemii i biologii w celu udzielenia odpowiedzi na fundamentalne pytania o nasze pochodzenie. Ostatecznie okazuje się, że do zaistnienia życia wymagane są nie tylko podstawowe budulce, ale przede wszystkim ich zachowanie w dostępnej formie w płaszczu planety, co jest wynikiem rzadkiego zbiegu okoliczności geochemicznych.