Bildekreditt: University of Arizona
Forskere fra University of Arizona har oppdaget at meteoritter, særlig jernmeteoritter, kan ha vært kritiske for utviklingen av livet på jorden.
Forskningen deres viser at meteoritter lett kunne ha gitt mer fosfor enn naturlig forekommer på jorden - nok fosfor til å gi opphav til biomolekyler som til slutt samlet seg til levende, replikerende organismer.
Fosfor er sentralt i livet. Det danner ryggraden i DNA og RNA fordi det kobler disse molekylenes genetiske baser inn i lange kjeder. Det er avgjørende for stoffskiftet fordi det er knyttet til livets grunnleggende drivstoff, adenosintrifosfat (ATP), energien som styrker vekst og bevegelse. Og fosfor er en del av levende arkitektur? det er i fosfolipidene som utgjør cellevegger og i beinene til virveldyr.
"Når det gjelder masse, er fosfor det femte viktigste biologiske elementet etter karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen," sa Matthew A. Pasek, en doktorgradskandidat ved UAs avdeling for planetarvitenskap og Lunar and Planetary Laboratory.
Men der det jordiske livet fikk fosfor har vært et mysterium, la han til.
Fosfor er mye sjeldnere i naturen enn hydrogen, oksygen, karbon og nitrogen.
Pasek siterer nyere studier som viser at det er omtrent ett fosforatom for hver 2,8 millioner hydrogenatomer i kosmos, hver 49 millioner hydrogenatomer i verdenshavene, og hvert 203 hydrogenatomer i bakterier. Tilsvarende er det et enkelt fosforatom for hver 1400 oksygenatomer i kosmos, hver 25 millioner oksygenatomer i verdenshavene og 72 oksygenatomer i bakterier. Tallene for henholdsvis karbonatomer og nitrogenatomer per enkelt fosforatom er 680 og 230 i kosmos, 974 og 633 i verdenshavene, og 116 og 15 i bakterier.
"Fordi fosfor er mye sjeldnere i miljøet enn i livet, gir forståelse av oppførsel av fosfor på den tidlige jorden ledetråder til livets opprinnelse," sa Pasek.
Den vanligste terrestriske formen av elementet er et mineral som kalles apatitt. Når blandet med vann, frigjør apatitt bare veldig små mengder fosfat. Forskere har prøvd å varme opp apatitt til høye temperaturer, kombinert det med forskjellige rare, superenergiske forbindelser, til og med eksperimentert med fosforforbindelser som er ukjente på jorden. Denne forskningen har ikke forklart hvor livets fosfor kommer fra, bemerket Pasek.
Pasek begynte å samarbeide med Dante Lauretta, UA-assisterende professor i planetarvitenskap, med ideen om at meteoritter er kilden til levende jordas fosfor. Verket var inspirert av Laurettas tidligere eksperimenter som viste at fosfor ble konsentrert på metalloverflater som korroderte i det tidlige solsystemet.
"Denne naturlige mekanismen for fosforkonsentrasjon i nærvær av en kjent organisk katalysator (for eksempel jernbasert metall) fikk meg til å tenke at vandig korrosjon av meteorittmineraler kunne føre til dannelse av viktige fosforholdige biomolekyler," sa Lauretta.
"Meteoritter har flere forskjellige mineraler som inneholder fosfor," sa Pasek. "Den viktigste, som vi har jobbet med den siste tiden, er jern-nikkelfosfid, kjent som schreibersite."
Schreibersite er en metallisk forbindelse som er ekstremt sjelden på jorden. Men det er allestedsnærværende i meteoritter, spesielt jernmeteoritter, som er pepret med schreibersittkorn eller spredt med rosa-fargede schreibersitt-årer.
I april i fjor blandet Pasek, UA, Virginia Smith, og Lauretta schriebersite med romtemperert, friskt, avionisert vann. De analyserte deretter væskeblandingen ved å bruke NMR, kjernemagnetisk resonans.
"Vi så en hel slew av forskjellige fosforforbindelser dannes," sa Pasek. "Noe av det mest interessante vi fant, var P2-O7 (to phorphorus-atomer med syv oksygenatomer), en av de mer biokjemisk nyttige formene for fosfat, som ligner det som finnes i ATP."
Tidligere eksperimenter har dannet P2-07, men ved høy temperatur eller under andre ekstreme forhold, ikke bare ved å løse opp et mineral i vann i romtemperatur, sa Pasek.
"Dette gjør at vi kan begrense noe der livets opprinnelse kan ha skjedd," sa han. "Hvis du kommer til å ha fosfatbasert liv, ville det sannsynligvis ha måttet forekomme i nærheten av et ferskvannsregion der en meteoritt nylig hadde falt. Vi kan gå så langt, kanskje, for å si det var en jernmeteoritt. Jernmeteoritter har omtrent 10 til 100 ganger så mye schreibersite som andre meteoritter.
"Jeg tror meteoritter var kritiske for utviklingen av livet på grunn av noen av mineralene, spesielt P2-07-forbindelsen, som brukes i ATP, i fotosyntese, for å danne nye fosfatbindinger med organiske stoffer (karbonholdige forbindelser), og i en rekke andre biokjemiske prosesser, ”sa Pasek.
"Jeg tror at et av de mest spennende aspektene ved denne oppdagelsen er det faktum at jernmeteoritter dannes ved prosessen med planetesimal differensiering," sa Lauretta. Det vil si at byggesteinene til planeter, kalt planestesmals, danner både en metallisk kjerne og en silikatmantel. Jernmeteoritter representerer den metalliske kjernen, og andre typer meteoritter, kalt achondrites, representerer mantelen.
"Ingen har noen gang innsett at et så kritisk stadium i planetarisk evolusjon kunne kobles til livets opprinnelse," la han til. "Dette resultatet begrenser hvor liv i solsystemet og andre kan komme fra. Det krever et asteroide belte der planetesimale kan vokse til en kritisk størrelse? rundt 500 kilometer i diameter? og en mekanisme for å forstyrre disse kroppene og levere dem til det indre solsystemet. ”
Laurup sa at Jupiter leverer planetesimaler til vårt indre solsystem, og begrenser dermed sjansene for at ytre solsystemets planeter og måner vil bli forsynt med de reaktive fosforformene som brukes av biomolekyler som er essensielle for jordens liv.
Solsystemer som mangler en Jupiter-størrelse gjenstand som kan forstyrre mineralrike asteroider innover mot jordbaserte planeter, har også svake utsikter til å utvikle livet, la Lauretta til.
Pasek snakker om forskningen i dag (24. august) på det 228. nasjonale møte for American Chemical Society i Philadelphia. Arbeidet er finansiert av NASA-programmet, Astrobiology: Exobiology and Evolutionary Biology.
Originalkilde: UA News Release
