Życie na Ziemi powstało dzięki megaburzom? Nowa teoria zwraca uwagę na pioruny

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.
Życie na Ziemi powstało dzięki megaburzom? Nowa teoria zwraca uwagę na pioruny

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.