Billedkredit: University of Arizona
Forskere fra University of Arizona har opdaget, at meteoritter, især jernmeteoritter, kan have været kritiske for udviklingen af livet på Jorden.
Deres forskning viser, at meteoritter let kunne have givet mere fosfor, end der naturligt forekommer på Jorden - nok fosfor til at give anledning til biomolekyler, der til sidst samlet sig i levende, replikerende organismer.
Fosfor er centralt i livet. Det danner rygraden i DNA og RNA, fordi det forbinder disse molekylers genetiske baser i lange kæder. Det er vigtigt for stofskiftet, fordi det er forbundet med livets grundlæggende brændstof, adenosintrifosfat (ATP), den energi, der styrker vækst og bevægelse. Og fosfor er en del af den levende arkitektur? det er i phospholipiderne, der udgør cellevægge og i hvirveldyrets knogler.
"Masseudtrykt er fosfor det femte vigtigste biologiske element efter kulstof, brint, ilt og nitrogen," sagde Matthew A. Pasek, en doktorgradskandidat i UAs afdeling for planetarisk videnskab og Lunar and Planetetary Laboratory.
Men hvor det jordiske liv fik sit fosfor har været et mysterium, tilføjede han.
Fosfor er meget sjældnere i naturen end brint, ilt, kulstof og nitrogen.
Pasek citerer nylige undersøgelser, der viser, at der er cirka et fosforatom for hver 2,8 millioner hydrogenatomer i kosmos, hver 49 millioner hydrogenatomer i verdenshavene og hvert 203 hydrogenatomer i bakterier. Tilsvarende er der et enkelt fosforatom for hver 1.400 oxygenatomer i kosmos, hver 25 millioner oxygenatomer i verdenshavene og 72 oxygenatomer i bakterier. Tallene for henholdsvis carbonatomer og nitrogenatomer pr. Enkelt fosforatom er 680 og 230 i kosmos, 974 og 633 i verdenshavene og 116 og 15 i bakterier.
”Fordi fosfor er meget sjældnere i miljøet end i livet, giver forståelse af opførsel af fosfor på den tidlige jord en ledetråd i livets oprindelse,” sagde Pasek.
Elementets mest almindelige terrestriske form er et mineral kaldet apatit. Når blandet med vand frigiver apatit kun meget små mængder fosfat. Forskere har forsøgt at opvarme apatit til høje temperaturer og kombinere det med forskellige mærkelige, superenergiske forbindelser, endda eksperimentere med fosforforbindelser ukendt på Jorden. Denne undersøgelse har ikke forklaret, hvor livets fosfor kommer fra, bemærkede Pasek.
Pasek begyndte at arbejde sammen med Dante Lauretta, UA-assisterende professor i planetariske videnskaber, på ideen om, at meteoritter er kilden til levende jordens fosfor. Værket blev inspireret af Laurettas tidligere eksperimenter, der viste, at fosfor blev koncentreret på metaloverflader, der korroderede i det tidlige solsystem.
”Denne naturlige mekanisme for fosforkoncentration i nærvær af en kendt organisk katalysator (såsom jernbaseret metal) fik mig til at tro, at vandig korrosion af meteoritiske mineraler kunne føre til dannelse af vigtige fosforholdige biomolekyler,” sagde Lauretta.
"Meteoritter har flere forskellige mineraler, der indeholder fosfor," sagde Pasek. "Den vigtigste, som vi har arbejdet med for nylig, er jern-nikkel-fosfid, kendt som schreibersite."
Schreibersite er en metallisk forbindelse, der er ekstremt sjælden på Jorden. Men det er allestedsnærværende i meteoritter, især jernmeteoritter, der er pebret med schreibersitkorn eller spredt med lyserød farvede schreibersitårer.
Sidste april blandede Pasek, UA-studenter Virginia Smith og Lauretta schriebersite med stuetemperatur, frisk, deioniseret vand. De analyserede derefter den flydende blanding under anvendelse af NMR, nukleær magnetisk resonans.
”Vi så en hel række forskellige fosforforbindelser dannes,” sagde Pasek. "En af de mest interessante, vi fandt, var P2-O7 (to phorphorus-atomer med syv ilt-atomer), en af de mere biokemisk nyttige former for fosfat, svarende til hvad der findes i ATP."
Tidligere eksperimenter har dannet P2-07, men ved høj temperatur eller under andre ekstreme forhold, ikke blot ved at opløse et mineral i stuetemperaturvand, sagde Pasek.
”Dette tillader os at begrænse noget, hvor livets oprindelse kan have fundet sted,” sagde han. ”Hvis du vil have fosfatbaseret liv, ville det sandsynligvis have været nødt til at forekomme i nærheden af et ferskvandsregion, hvor en meteorit for nylig var faldet. Vi kan måske gå så langt, som at sige det var en jernmeteorit. Jernmeteoritter har fra ca. 10 til 100 gange så meget schreibersite som andre meteoritter.
”Jeg tror, meteoritter var kritiske for livets udvikling på grund af nogle af mineraler, især P2-07-forbindelsen, der bruges i ATP, i fotosyntese, til dannelse af nye fosfatbindinger med organiske stoffer (kulstofholdige forbindelser) og i en række andre biokemiske processer, ”sagde Pasek.
”Jeg tror, at et af de mest spændende aspekter ved denne opdagelse er det faktum, at jernmeteoritter dannes ved processen med planetesimal differentiering,” sagde Lauretta. Det vil sige, byggestenene af planeter, kaldet planestesmals, danner både en metallisk kerne og en silikatmantel. Jernmeteoritter repræsenterer den metalliske kerne, og andre typer meteoritter, kaldet achondrites, repræsenterer mantelen.
”Ingen har nogensinde indset, at en sådan kritisk fase i planetarisk udvikling kunne kobles til livets oprindelse,” tilføjede han. ”Dette resultat begrænser, hvor livet i vores solsystem og andre kunne have oprindelse. Det kræver et asteroidbælte, hvor planetesimaler kan vokse til en kritisk størrelse? omkring 500 kilometer i diameter? og en mekanisme til at forstyrre disse kroppe og levere dem til det indre solsystem. ”
Laurup sagde, og Jepiter driver levering af planetesimaler til vores indre solsystem, og begrænser derved chancerne for, at planter og måner i det ydre solsystem leveres med de reaktive former for fosfor, der bruges af biomolekyler, der er essentielle for det jordiske liv.
Solsystemer, der mangler en Jupiter-størrelse genstand, der kan forstyrre mineralrige asteroider indad mod jordbaserede planeter, har også svage udsigter til at udvikle livet, tilføjede Lauretta.
Pasek taler om forskningen i dag (24. august) på det 228. American Chemical Society Society-møde i Philadelphia. Arbejdet finansieres af NASA-programmet Astrobiology: Exobiology and Evolutionary Biology.
Original kilde: UA News Release
