Yaklaşık dört milyar yıl önce Dünya, yaz aylarında gişe rekorları kıran bir bilim kurgu filminin setini andırıyordu. Gezegenin yüzeyi sert ve çorak bir manzaraydı; cehennem gibi asteroit saldırılarından kurtulmaya başlamıştı, volkanik patlamalarla doluydu ve en basit yaşam formlarını bile sürdürmek için yeterli besin maddesinden yoksundu.
Atmosfer ağırlıklı olarak nitrojen ve karbondioksit gibi inert gazlardan oluşuyordu; bu da yaşamın yapı taşları olan karmaşık organik molekülleri oluşturmak için gerekli kimyasal reaksiyonlara kolaylıkla giremedikleri anlamına geliyor. Bilim insanları uzun zamandır gezegenin kimyasının yaşamı oluşturacak ve sürdürecek kadar değişmesini sağlayan temel faktörleri keşfetmeye çalışıyor.
Şimdi, yeni araştırmalar, yıldırım çarpmalarının nasıl hayati bir kıvılcım görevi görerek Dünya'nın erken dönem atmosferini kimyasal aktivite yuvasına dönüştürdüğüne odaklanıyor. Bilim'lı bilim adamlarından oluşan bir ekip, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda yayınlanan çalışmada, yıldırımın neden olduğu plazma elektrokimyasını, erken yaşamın ortaya çıkması ve hayatta kalması için gerekli olan reaktif karbon ve nitrojen bileşiklerinin potansiyel bir kaynağı olarak tanımladı.
Kıdemli yazar ve Woodford L. ve Ann A. Flowers Üniversitesi Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü Araştırma Profesörü George M. Whitesides, “Yaşamın kökeni, kimyanın karşı karşıya olduğu en büyük cevaplanmamış sorulardan biridir” dedi. “Nükleik asitlerin, proteinlerin ve metabolitlerin temel yapı taşlarının kendiliğinden nasıl ortaya çıktığı” hala cevapsız.
Whitesides, bu soruya verilen en popüler cevaplardan birinin RNA Dünyası hipotezi olarak adlandırılan hipotezde özetlendiğini söyledi. Bu, elementlerin su, çözünebilir elektrolitler ve yaygın gazlar gibi mevcut formlarının ilk biyomolekülleri oluşturduğu fikridir. Araştırmacılar, çalışmalarında yıldırımın, biyomoleküllerin ortaya çıkmasına ve hayatta kalmasına yol açan erişilebilir nitrojen ve karbon formlarını sağlayabildiğini buldu.
Buluttan yere yıldırımı ve bunun sonucunda ortaya çıkan elektrokimyasal reaksiyonları taklit etmek için kullanılan bir plazma kabı. Kurulumda biri gaz fazında, diğeri ise inorganik tuzlarla zenginleştirilmiş suya batırılmış iki elektrot kullanılıyor.
Kredi bilgileri: Haihui Joy Jiang
Araştırmacılar, Dünya'nın erken dönem koşullarını taklit etmelerine ve yıldırım çarpmalarının kimyası üzerindeki rolünü incelemelerine olanak tanıyan bir plazma elektrokimyasal düzeneği tasarladılar. Milyarlarca yıl önce yaygın olan, buluttan yere yıldırım düşmesine benzer şekilde, gaz ve sıvı fazlar arasında yüksek enerjili kıvılcımlar üretmeyi başardılar.
Bilim insanları simüle edilmiş yıldırım çarpmalarının karbondioksit ve nitrojen gibi kararlı gazları oldukça reaktif bileşiklere dönüştürebildiğini keşfettiler. Karbon dioksitin karbon monoksit ve formik asite indirgenebildiğini, nitrojenin ise nitrat, nitrit ve amonyum iyonlarına dönüştürülebildiğini buldular.
Bu reaksiyonlar en verimli şekilde gaz, sıvı ve katı fazlar arasındaki arayüzlerde, yani yıldırım çarpmasının bu ürünleri doğal olarak yoğunlaştıracağı bölgelerde meydana geldi. Bu, yıldırım çarpmalarının bu hayati moleküllerin yüksek konsantrasyonlarını yerel olarak üretmiş olabileceğini ve ilk yaşam formlarının gelişip büyümesi için çeşitli hammaddeler sağlayabileceğini gösteriyor.
Whitesides Lab'ın ortak yazarı Thomas C. Underwood, “Arayüzeysel yıldırım çarpmaları hakkında gösterdiklerimize bakıldığında, yaşamın kökeni topluluğunda farklı molekül alt kümelerini, farklı konsantrasyonları ve hayata giden farklı makul yolları tanıtıyoruz” dedi. doktora sonrası araştırmacı. “Kimyasal olarak reaktif moleküller ve bir anahtar ara madde oluşturmak için tek bir mekanizma olduğunu söylemek yerine, yaşama giden yola katkıda bulunmuş olabilecek birden fazla reaktif molekülün bulunduğunu öne sürüyoruz.”
Bulgular, ultraviyole radyasyon, derin deniz delikleri, volkanlar ve asteroit çarpmaları gibi diğer enerji kaynaklarının da biyolojik olarak ilgili moleküllerin oluşumuna katkıda bulunabileceğini öne süren önceki araştırmalarla uyumludur. Bununla birlikte, buluttan yere yıldırımın benzersiz avantajı, yüksek voltajlı elektrokimyayı farklı arayüzler üzerinden yönlendirerek atmosferi, okyanusları ve karayı birbirine bağlama yeteneğidir.
Araştırma, yaşamın kökeni bulmacasına önemli bir parça ekliyor. Çalışma, yıldırımın temel besin maddelerinin bulunmasına nasıl katkıda bulunduğunu göstererek, Dünya'da yaşamın ortaya çıkmasına yol açan kimyasal yolları anlamak için yeni yollar açıyor. Araştırma ekibi bu reaksiyonları araştırmaya devam ederken, yaşamı mümkün kılan ilk koşullar hakkında daha fazlasını ortaya çıkarmayı ve modern uygulamaları geliştirmeyi umuyor.
Whitesides laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırmacı olan eş-başkan yazar Haihui Joy Jiang, “Çalışmamıza dayanarak, şimdi plazma elektrokimyasal reaksiyonlarının ürünlerdeki nitrojen izotoplarını nasıl etkileyebileceğini deneysel olarak inceliyoruz, bunun jeolojik açıdan potansiyel bir ilişkisi var” dedi. “Bu araştırmayla aynı zamanda kimyasal üretim konusunda enerji verimliliği ve çevre dostu bir bakış açısıyla da ilgileniyoruz. Plazmayı, kimyasal yapımında yeni yöntemler geliştirmek ve günümüzde kullanılan gübre üretimi gibi yeşil kimyasal süreçleri yönlendirmek için bir araç olarak inceliyoruz.”
Bilim ortak yazarları arasında Astronomi Bölümü'nden Profesör Dimitar D. Sasselov ve Yer ve Gezegen Bilimleri Bölümü Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü'nden Profesör James G. Anderson ve Bilim John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu yer aldı. .
Çalışma sadece geçmişe ışık tutmakla kalmıyor, aynı zamanda diğer gezegenlerdeki yaşam arayışlarına da ışık tutuyor. Araştırmacıların tanımladığı süreçler potansiyel olarak Dünya'nın ötesinde yaşamın ortaya çıkmasına katkıda bulunabilir.
“Jüpiter ve Satürn'de yıldırım gözlemlendi; Jiang, plazmalar ve plazma kaynaklı kimyanın güneş sistemimizin ötesinde var olabileceğini söyledi. “İleriye dönük olarak, kurulumumuz farklı gezegenlerin çevresel koşullarını taklit etmenin yanı sıra, yıldırım ve benzerlerinin tetiklediği reaksiyon yollarını keşfetmek için de kullanışlıdır.”
Atmosfer ağırlıklı olarak nitrojen ve karbondioksit gibi inert gazlardan oluşuyordu; bu da yaşamın yapı taşları olan karmaşık organik molekülleri oluşturmak için gerekli kimyasal reaksiyonlara kolaylıkla giremedikleri anlamına geliyor. Bilim insanları uzun zamandır gezegenin kimyasının yaşamı oluşturacak ve sürdürecek kadar değişmesini sağlayan temel faktörleri keşfetmeye çalışıyor.
Şimdi, yeni araştırmalar, yıldırım çarpmalarının nasıl hayati bir kıvılcım görevi görerek Dünya'nın erken dönem atmosferini kimyasal aktivite yuvasına dönüştürdüğüne odaklanıyor. Bilim'lı bilim adamlarından oluşan bir ekip, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda yayınlanan çalışmada, yıldırımın neden olduğu plazma elektrokimyasını, erken yaşamın ortaya çıkması ve hayatta kalması için gerekli olan reaktif karbon ve nitrojen bileşiklerinin potansiyel bir kaynağı olarak tanımladı.
Kıdemli yazar ve Woodford L. ve Ann A. Flowers Üniversitesi Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü Araştırma Profesörü George M. Whitesides, “Yaşamın kökeni, kimyanın karşı karşıya olduğu en büyük cevaplanmamış sorulardan biridir” dedi. “Nükleik asitlerin, proteinlerin ve metabolitlerin temel yapı taşlarının kendiliğinden nasıl ortaya çıktığı” hala cevapsız.
Whitesides, bu soruya verilen en popüler cevaplardan birinin RNA Dünyası hipotezi olarak adlandırılan hipotezde özetlendiğini söyledi. Bu, elementlerin su, çözünebilir elektrolitler ve yaygın gazlar gibi mevcut formlarının ilk biyomolekülleri oluşturduğu fikridir. Araştırmacılar, çalışmalarında yıldırımın, biyomoleküllerin ortaya çıkmasına ve hayatta kalmasına yol açan erişilebilir nitrojen ve karbon formlarını sağlayabildiğini buldu.
Buluttan yere yıldırımı ve bunun sonucunda ortaya çıkan elektrokimyasal reaksiyonları taklit etmek için kullanılan bir plazma kabı. Kurulumda biri gaz fazında, diğeri ise inorganik tuzlarla zenginleştirilmiş suya batırılmış iki elektrot kullanılıyor.
Kredi bilgileri: Haihui Joy Jiang
Araştırmacılar, Dünya'nın erken dönem koşullarını taklit etmelerine ve yıldırım çarpmalarının kimyası üzerindeki rolünü incelemelerine olanak tanıyan bir plazma elektrokimyasal düzeneği tasarladılar. Milyarlarca yıl önce yaygın olan, buluttan yere yıldırım düşmesine benzer şekilde, gaz ve sıvı fazlar arasında yüksek enerjili kıvılcımlar üretmeyi başardılar.
Bilim insanları simüle edilmiş yıldırım çarpmalarının karbondioksit ve nitrojen gibi kararlı gazları oldukça reaktif bileşiklere dönüştürebildiğini keşfettiler. Karbon dioksitin karbon monoksit ve formik asite indirgenebildiğini, nitrojenin ise nitrat, nitrit ve amonyum iyonlarına dönüştürülebildiğini buldular.
Bu reaksiyonlar en verimli şekilde gaz, sıvı ve katı fazlar arasındaki arayüzlerde, yani yıldırım çarpmasının bu ürünleri doğal olarak yoğunlaştıracağı bölgelerde meydana geldi. Bu, yıldırım çarpmalarının bu hayati moleküllerin yüksek konsantrasyonlarını yerel olarak üretmiş olabileceğini ve ilk yaşam formlarının gelişip büyümesi için çeşitli hammaddeler sağlayabileceğini gösteriyor.
Whitesides Lab'ın ortak yazarı Thomas C. Underwood, “Arayüzeysel yıldırım çarpmaları hakkında gösterdiklerimize bakıldığında, yaşamın kökeni topluluğunda farklı molekül alt kümelerini, farklı konsantrasyonları ve hayata giden farklı makul yolları tanıtıyoruz” dedi. doktora sonrası araştırmacı. “Kimyasal olarak reaktif moleküller ve bir anahtar ara madde oluşturmak için tek bir mekanizma olduğunu söylemek yerine, yaşama giden yola katkıda bulunmuş olabilecek birden fazla reaktif molekülün bulunduğunu öne sürüyoruz.”
Bulgular, ultraviyole radyasyon, derin deniz delikleri, volkanlar ve asteroit çarpmaları gibi diğer enerji kaynaklarının da biyolojik olarak ilgili moleküllerin oluşumuna katkıda bulunabileceğini öne süren önceki araştırmalarla uyumludur. Bununla birlikte, buluttan yere yıldırımın benzersiz avantajı, yüksek voltajlı elektrokimyayı farklı arayüzler üzerinden yönlendirerek atmosferi, okyanusları ve karayı birbirine bağlama yeteneğidir.
Araştırma, yaşamın kökeni bulmacasına önemli bir parça ekliyor. Çalışma, yıldırımın temel besin maddelerinin bulunmasına nasıl katkıda bulunduğunu göstererek, Dünya'da yaşamın ortaya çıkmasına yol açan kimyasal yolları anlamak için yeni yollar açıyor. Araştırma ekibi bu reaksiyonları araştırmaya devam ederken, yaşamı mümkün kılan ilk koşullar hakkında daha fazlasını ortaya çıkarmayı ve modern uygulamaları geliştirmeyi umuyor.
Whitesides laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırmacı olan eş-başkan yazar Haihui Joy Jiang, “Çalışmamıza dayanarak, şimdi plazma elektrokimyasal reaksiyonlarının ürünlerdeki nitrojen izotoplarını nasıl etkileyebileceğini deneysel olarak inceliyoruz, bunun jeolojik açıdan potansiyel bir ilişkisi var” dedi. “Bu araştırmayla aynı zamanda kimyasal üretim konusunda enerji verimliliği ve çevre dostu bir bakış açısıyla da ilgileniyoruz. Plazmayı, kimyasal yapımında yeni yöntemler geliştirmek ve günümüzde kullanılan gübre üretimi gibi yeşil kimyasal süreçleri yönlendirmek için bir araç olarak inceliyoruz.”
Bilim ortak yazarları arasında Astronomi Bölümü'nden Profesör Dimitar D. Sasselov ve Yer ve Gezegen Bilimleri Bölümü Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü'nden Profesör James G. Anderson ve Bilim John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu yer aldı. .
Çalışma sadece geçmişe ışık tutmakla kalmıyor, aynı zamanda diğer gezegenlerdeki yaşam arayışlarına da ışık tutuyor. Araştırmacıların tanımladığı süreçler potansiyel olarak Dünya'nın ötesinde yaşamın ortaya çıkmasına katkıda bulunabilir.
“Jüpiter ve Satürn'de yıldırım gözlemlendi; Jiang, plazmalar ve plazma kaynaklı kimyanın güneş sistemimizin ötesinde var olabileceğini söyledi. “İleriye dönük olarak, kurulumumuz farklı gezegenlerin çevresel koşullarını taklit etmenin yanı sıra, yıldırım ve benzerlerinin tetiklediği reaksiyon yollarını keşfetmek için de kullanışlıdır.”