في دراسة جديدة، والعلماء في الجمع بين نموذج علم الفلك والجيولوجيا والكيمياء والبيولوجيا اكتشاف: تبريد الحياة على سطح الأرض ما يكفي لمياه سائلة تجمع عدة مئات من ملايين السنين بعد تشكيل، أثناء تشكيل النظام الشمسي، المواد الأساسية اللازمة للحياة شكل في الفضاء عن طريق النيازك جلب البركة الحارة على هذا الكوكب.
لا يمكننا إعطاء الإجابة الصحيحة على هذا السؤال، ولكن في العقود القليلة الماضية، عدة احتمالات مثيرة للاهتمام تظهر في عرض الجميع. كان واحدا في 1980s درس في التفاصيل ". RNA العالم "دور العقيدة. ونحن نعلم أن يتم تخزين المعلومات الجينية للكائنات الحية الأعلى في الحمض النووي الحلزون المزدوج التركيب الجزيئي، ولكن أيضا هناك جزيئات DNA يرتبط ارتباطا وثيقا تلعب دورا هاما في الخلايا الحديثة، والجزيئات، وهذا هو، RNA (الحمض النووي الريبي)؛ خصوصا أنها تحفز التفاعلات الكيميائية معينة داخل الخلية والنقل وتصنيع البروتينات محددة والمعلومات الجينية أمر حيوي بالنسبة لبعض الفيروسات مثل غير مطلوب سوف DNA تكون قادرة على تخزين المعلومات الجينية؛ يتم ترميز العكس من ذلك، كل من الفيروس في المعلومات الوراثية من الحمض النووي الريبي.
[DNA و RNA]
ويتكون مفتاح RNA والحمض النووي النيوكليوتيدات ، A طويل السلسلة تسلسل النوكليوتيدات في الحمض النووي RNA وتحدد المعلومات التي تحملها. وغالبا ما يمثل الحمض النووي عن طريق سلسلة من الأحرف، حيث يمثل كل حرف أربعة مفتاح تشكل جزءا من كل DNA النوكليوتيدات الممكن Nucleobases واحد، A هو الأدينين، C هو السيتوزين، T هي الثيمين، وG هي الجوانين. في جزيئات الحمض النووي الريبي، سيتم استبداله ثايمين T اليوراسيل U. وثمة فرق آخر هو: الذين تقطعت بهم السبل الحلزوني المزدوج DNA هو بنية المعروفة عادة، RNA وأكثر تنوعا في المظهر، وأكثرها شيوعا هو RNA واحد الذين تقطعت بهم السبل، والنفس مطوية إلى أشكال معقدة للغاية.
الفرق RNA والحمض النووي. | المصدر: الفرق بين
مرشح RNA هو ضروري لحياة، لديه ميزات عدة المفتاح الذي يمكن أن يتم سرد قبل ظهور الخلايا أشكال الحياة في وقت سابق وأكثر بدائية، ناهيك عن وجود متعددة الخلايا. أكثر سمة هامة هي القدرة على تكرار الذات، وRNA النوكليوتيدات الصحيح يمكن جمع وترتيب النسخة الخاصة بهم.
[] في وقت مبكر RNA العالم
الفكرة الأكثر واعدة من الحياة تحدث تشمل RNA تشكيل سلسلة النوكليوتيدات، وخلايا السلائف الذاتي تكرار بسيطة، مثل تكوين الأحماض الدهنية من الفيلم بشكل عفوي (وقد لوحظ هذا التفاعل في المختبر) من النموذج الأصلي حقيبة مثل الإسكان، مما يتيح أداء التفاعلات الكيميائية أكثر تعقيدا تحت حمايتها. من هذه البداية بسيطة، وتطور آليات أكثر تعقيدا، ولا سيما آلية تكرار الحمض النووي.
كل تغيير الحالي في هذه الرؤية ليست سوى تأمل كل خطوة هناك تفسيرات أخرى ونماذج، حتى في العالم RNA أمام العالم مفهوم الحمض النووي كذلك. لكننا نعيش في عصر مليء بالأمل، وأصل الأنواع لإنشاء النموذج القياسي في العقود القادمة ليست مجرد ترف. التقدم العلمي يحتاج إلى أن تكون الرؤية الإبداعية فحسب، ولديهم حسابات وتجارب محددة لاظهار ما يعمل مسار التطور وما لا يصلح. تقدم تتصل بمجالات مختلفة من أبحاث: من جهة، ونحن ننمو في معرفة البيولوجيا الجزيئية، أكثر وأكثر وافتراضات حول انتقال الحياة من الصفر وتصبح أكثر مقاومة للتجارب الاختبار. من ناحية أخرى، في حدود البيولوجيا الجزيئية وعلم الفلك، وكانت هناك الجديدة تقدم مفاجأة سارة.
في العقود القليلة الماضية، جعلت علماء الفلك تقدما كبيرا في مجال البحوث لفهم كيفية أنظمة الكواكب تشكل حول النجوم الشباب، وخاصة حول النظام الشمسي والأرض وتطور التاريخ. وقد استفاد ظهور هذه النتائج الجديدة من أحدث جيل من التلسكوبات، مثل أن نجد المزيد والمزيد من الكواكب الخارجية، وكذلك الملاحظة المباشرة من الأنظمة الكوكبية الشباب. بما في ذلك نماذج تطور الكيميائية، بما في ذلك نموذج جديد الكواكب تشكيل نظام الكوكب لكيف يمكن أن تحدث الحياة في النظام الشمسي قبل اربعة مليارات سنة، والبيئة، وكيف سيتم تشكيل مجموعة المشهد في الأنظمة الكوكبية الأخرى.
[الجمع بين علم الفلك والكيمياء وعلم الأحياء]
في مركز ابحاث اميس التابع لناسا شنقا لوحة جدارية يصف ظهور الحياة على الأرض. | المصدر: مركز ابحاث اميس ناسا
الآن، عالم الفلك وتشكيل كوكب خبير بن بيرس، رالف بودريتز ديمتري سيمينوف وتوماس هينينج استخدام علم الفلك وأصل الكيمياء الحياة للكشف عن أقرب الأوقات من العالم RNA: عملية تشكيل جزيء وقتا أطول لجزيئات قصيرة RNA معا ( "البلمرة")، ومن ثم بدأت بجدية تكرار الذات في مراحل متأخرة من تطور الكيميائي في.
منذ فترة طويلة سلسلة RNA الجزيء ليس من المرجح أن يحدث، فإنه يحتاج إلى بعض الشروط المحددة جيدا. والسيناريو المحتمل هو أن البحر عميق الينابيع الساخنة علامة (فوهات المياه الحارة) هو الخطوة الأولى في المنطقة المجاورة لبداية الحياة. ولكن هناك مشكلة، ومتى يمكن تشكيل البوليمر في ظل هذه الظروف، ويبدو أن دورة البلمرة في حاجة إلى بيئة رطبة ، ولكن هذا يبدو من غير المحتمل أن يحدث في أعماق المحيطات. مشكلة أخرى هي أن هذه الجزيئات في سيانيد الهيدروجين (HCN) أو الأمونيا (NH) صعوبة في الحصول على مناسبة نتروجين ومن لوازم. وكما نعلم، فإن المرحلة الأولى من تشكيل النيتروجين في الحياة أمر ضروري.
نداء [دافئ] كويكي
حدث أصل آخر ممكن من الحياة كان " بركة صغيرة دافئة "(البرك الصغيرة الدافئة): في حالة ركود الصغيرة ولا يتدفق، قد يتم جمع المادة الكيميائية في ظروف أكثر فائدة من المحيط والبركة رد فعل عن طريق الحصول على جدار مكون من الطين أو المعادن الأخرى لبعض التفاعلات الكيميائية. حدث وقع خلق ظروف مواتية للغاية. ميزة هامة هي وجود هذه البركة البيئة دورة الرطب الجاف. دوريا، هذه البركة تصبح جافة، بحيث تركيز أعلى من المواد الكيميائية، بحيث بين النيوكليوتيدات جنبا إلى جنب. بعد مرور بعض الوقت، سوف تملأ البركة بالماء مرة أخرى. من المرجح جدا لخلق تفاعل كيميائي في هذه البركة لعبت دورا هذه الدورة. و"بركة صغيرة دافئة،" البيان في حد ذاته يمكن أن ترجع إلى أقرب أصل الحياة تخمين واحد: في عام 1871، كتب داروين عالم النبات إلكتروني جوزيف هوكر في.
في كاليفورنيا لاسين البركانية الحديقة الوطنية كريك ممر الجحيم (Bumpass جهنم) قليلا البركة الدافئة. وتعتبر دافئة كويكي أن يكون أصل الحياة على الأرض المرشح الرئيسي ل. | المصدر: B.K.D بيرس.
في سطح الأرض تغطيه المحيطات أكثر مما كانت عليه قبل أربعة مليارات سنة الحالية، البر الرئيسى الصخور النارية (مثل البازلت) تشكلت أساسا من تكوين عباءة فقط بدأت تظهر، دافئة مقارنة بركة صغيرة هي نادرة جدا. انفجار شديد في كل مكان، واحتل الغلاف الجوي بالكامل تقريبا الغازات البركانية. لذلك من الجزيئات العضوية قد يؤدي إلى تطور البيئة العالمية RNA لإنتاجه؟
المادة الأساسية من الفضاء الخارجي
الجواب ربما مفاجئة ولكن المنطقية هي أن المواد الأساسية للحياة ظهرت على الأرض أو الكواكب المشابهة قد تأتي مباشرة من الفضاء الخارجي. أقراص الغاز والغبار حول النجوم الشباب حاصرت التي تحتوي على كمية كبيرة من الأمونيا (NH) وسيانيد الهيدروجين (HCN)، كلا توفير النيتروجين اللازم لشكل nucleobase . بخلاف منطقة أعمق من هذه الأقراص، والجليد والغبار والجسيمات فعالة جدا مختبر كيميائي صغير. في الواقع، في التجارب المختبرية تعيين على الأرض، وعرض في جزيئات الغبار التي تم جمعها على جزيئات الثلج عندما المشع مع الأشعة فوق البنفسجية (كما في حالة النجوم الشباب)، هو كيف تصبح nucleobase.
في هذه التجارب، لاحظ العلماء في ظل هذه الظروف إلى خمسة أنواع من ثلاثة nucleobases (U، C، وT) تتشكل من تلقاء أنفسهم. وقد اكتشف العلماء ثلاث قواعد (G، A، وU) يحتوي على كمية كبيرة من النيازك. ووجدت الدراسة أنه خلال تشكيل النظام الشمسي، وتجميع هذه nucleobases في المناطق الداخلية من هذه النيازك "الأم" (أي كويكب كبير) من.
خدمة التوصيل الكونية: النيازك والغبار والجسيمات
دعونا نعود إلى الحارة قليلا بركة، على الرغم من أنها توفر أفضل بيئة لتشكيل شكل أكثر تعقيدا من جزيئات الحمض النووي الريبي، ولكن المواد التي تشكل أبسط الحياة، وهي nucleobases بركة صغيرة، وفي الأولى غير تأتي يتحقق؟ التركيب الكيميائي للغلاف الجوي المحيطة بركة صغيرة، مثل ثاني أكسيد الكربون الرئيسي (CO ) والنيتروجين (N)، وثاني أكسيد الكبريت (SO) وجزيئات الماء (HO) لهذا دون أي مساعدة. في ظل ظروف الأرض في وقت مبكر، وحتى انفجر عرضية من البرق (كما هو الحال في ميلر الشهير - استكشاف أصول الجزيئات العضوية أوري التجربة)، وانها لن تنتج كميات كبيرة من القواعد النووية.
من ناحية أخرى، النيازك تسقط على الأرض هي مصدر أكثر موثوقية. في منذ حوالي 40 مليون سنة، وشدة نيزك ضرب الأرض بين 100،000،000-100000000000 مرات نيزك السنوي اليوم يقع على سطح الأرض بين 1000000000000-1000000000000000 كجم، حوالي 2000 كغم سنويا نجا مركبات الكربون كاملة من هذا الكون الرحلة. وعلاوة على ذلك، وقد تم تشكيل جزيئات الغبار بين الكواكب (النازحين) في تدفق مستمر من جعلها تتدفق مباشرة إلى سطح الأرض، تليها أي مادة كيميائية على السطح. ومع ذلك، هذه المقارنة، عشتها قريبا فعلا فعالة جدا، حوالي 60 مليون كيلوجرام وبالتالي جلب مركبات الكربون كاملة إلى الأرض كل عام.
الكمية دراسة: زرع النيزك الحارة كويكي
إذا كنت مجرد البقاء في الحديث عن النيازك أو جزيئات الغبار تنفيذ القواعد النووية في بركة صغيرة تلك الرؤية، وحصلنا على مجرد قصة افتراضية فقط، أنه ليس لديه المزيد من القوة التفسير، إلا إذا كان نموذج للحصول على دعم البيانات.
بيرس وزملاؤه حساب نموذجا مفصلا لهذه الفكرة. من تاريخ إعادة بناء فوهة قمرية (الحفرة)، فإنها قد وصلنا إلى حالة من ثلاثة أنواع من النيازك ضربت الأرض: نموذج تأثير متأخر نسبيا، تحدث في قصف مكثف نيزك قبل حوالي 3.9 مليار سنة، بالإضافة إلى تم تعيين اثنين آخرين في حوالي 4.5 بليون سنة، ونماذج تمثل متوافقة مع الحد الأدنى والحد الأقصى لعدد البيانات المادية النيزك.
بعد ذلك احتساب احتمال هذه على نطاق واسع النيازك الكربونية بركة "البذر". على وجه التحديد، هذه النيازك قطر الأصلي من بين حوالي 20 إلى 40 مترا، تنقسم إلى القطع على طول الطريق من خلال الغلاف الجوي للأرض. هذا صغير النيازك علماء الفلك إعادة حساب كتلة احتمال في حجم مناسب (بما فيه الكفاية للسماح بعض المواد العضوية في البركة) هبوط (قطر بين 1-10 م) بالقرب كفيت دافئة. هذا الحساب يحتاج إلى معرفة عدد قليل البركة ضيافتهم، فإنها تحسب على عدد مماثل من البرك على الأرض اليوم، ومراعاة تم الانتهاء من المساحة الإجمالية الأرض الصغيرة هذه التقديرات وفقا لنموذج التطور الجيولوجي. أن تكون آمنة، فإنها تحسب الأوقات والحالات عندما يقدر ضعف عدد أعشار من البركة. ونتيجة لذلك، يتم زرع الآلاف من البرك الصغيرة في هذا السبيل الأساس المادي من الحياة التي تريد يظهر.
المحاكاة: ماذا حدث في البركة الدافئة؟
تلك التي تسببها النيازك أو nucleobases الغبار مرة واحدة في البركة، ماذا سيحدث؟ ستفقد بعض منها: عندما يتم ملء بركة بالماء، في دورة واحدة من الرطب والجاف مرحلة الرطب ، ويحل nucleobase في الماء (التحلل). جزء من التسربات المياه من الجزء السفلي من البازلت بركة المسام، وnucleobase جمعت، في بركة من أي مزيد من التفاعل الكيميائي عن طريق إزالة هذه nucleobase. في مرحلة التجفيف عندما أودعت المواد الكيميائية بركة كما راسب، والأشعة فوق البنفسجية من الشمس nucleobase إلى مركبات أبسط (التحلل الضوئي)، باستثناء تلك nucleobase المحمية في الجزء العلوي من الرواسب يدخر صعوبة.
في مرحلة دورة الرطب والجاف، والمواد الكيميائية بركة صغيرة تخضع لتأثيرات مختلفة. | المصدر: جامعة ماكماستر
مع هو عرض nucleobase جديدة في بركة معدل، والخسارة الناجمة عن مختلف آليات nucleobase مختلفة يحدث، فإنه لا يمكن تحديده إلا إذا كان هناك عدد وافر من البركة التي كتبها وضع النماذج الكمية كافية nucleobases لجعل تشكيل أطول سلسلة RNA. وبالمثل، والنظر الباحثون مرة أخرى الأرض في وقت مبكر قد تظهر أكثر الجافة، والمزيد من الرطبة، أكثر دفئا والأحوال الجوية الأكثر برودة. هذه الشروط التي تحدد سرعة تشكيل nucleobase حبلا RNA.
بورتر القاعدة المادية: النيازك، وليس الغبار
النتائج الأولى للاهتمام هو جعل nucleobases البطل الرئيسي البقاء على قيد الحياة في تلك البيئة القاسية - ذرات الغبار بين الكواكب لا، ولكن النيازك. والسبب هو أن فقدان استقرار ترسب جزيئات الغبار، والمنافسة المباشرة كانت آلية nucleobase، مثل الاختراق والتحلل الضوئي. النيازك وترسب عددا كبيرا من مرة واحدة nucleobase، مما أدى إلى ما لا يقل عن أعلى nucleobases تركيز في وقت قصير.
ولكن الحقيقة هي، ووقت أقصر ما يكفي لجعل القواعد النووية تشكل أطول سلسلة جزيئات RNA، RNA الجزيئات وهذه بدورها لن تضيع بسهولة كما قصيرة من هؤلاء. على وجه الخصوص، بسبب الخاص حجمها الكبير نسبيا، بحيث تكون هذه الجزيئات لا تنزف من خلال الثقوب البازلت. هذا هو السبب في المدى الطويل، سلسلة RNA جزيئة، تشكلت مرة واحدة يمكن البقاء على قيد الحياة، وأكثر تعقيدا والمشاركة في التفاعلات الكيميائية، هو لماذا يحدث هذا يترسب على النيازك nucleobases، وليس من الكواكب المودعة مستقر nucleobase جسيمات الغبار تيار الترسيب.
الإسراع في تشكيل الحياة
نموذج ترسب توقيت أصل الحياة ولديه أهمية كبيرة. مع مرور الوقت، فإن معدل سقوط النيازك تسقط بسرعة، وذلك فقط فرصة قصيرة نسبيا. معظم النيازك nucleobases تسليم يجب أن يتم في وقت مبكر جدا، قبل حوالي 4170000000 سنوات. وهذا يشير إلى أن تشكيل RNA العالم ينبغي أن تكون في وقت مبكر، وهذا هو يبرد بما فيه الكفاية لتكون مناسبة بعد 2-300000000 سنوات بعد أن عاش في سطح الأرض، وهذا هو، وتنخفض درجة الحرارة بما فيه الكفاية منخفضة، وسطح الأرض وتجمع الماء السائل ما يكفي ( مثل المحيطات والبحيرات).
الحاجة إلى إعادة التأكيد على أن، ربما نحتاج أن يستغرق وقتا طويلا للعثور على نموذج كامل وثابت من أصل الحياة يمكن ان تكون مقبولة عالميا الأرض. النتائج حساب بيرس وتنشر الآن زملائه مشكلة في أي قطعة من اللغز، فإنه يشير إلى أن النيزك قد تلعب دورا هاما في هذا الحدث ستكون اللبنات الأساسية للحياة على الأرض، وفي هذه الحالة، وأكثر سلسلة طويلة شظايا RNA شكلت سابقة في الأرض. وعموما، تزيد هذه الحسابات احتمال وجود بركة صغيرة دافئة تصور لتعزيز مقارنة مع الفتحات الحرارية المائية التنافسية نموذج.
ولكن على طول الطريق إلى النموذج القياسي، نحن بحاجة كما وصفها التحليل الكمي في هذه المقالة، معرفتنا الجيولوجيا الأرض في وقت مبكر، والظروف الكيميائية، وطبيعة الجزيئات المعنية وطبيعة الغبار والنيازك الصف بين النجوم معلومات حول انضم الفلكية معا، وتحسب فيما يتعلق خطوة يقول نفترض أن الانتقال من مركبات بسيطة في الخلايا الحية قادرة على تجديد الذات، وهي لذلك ممكنا، وهي ليست مجدية. الوضع الراهن للبحث عن أصل الحياة لديه مطمئنة، فهي تستفيد من العديد من التطورات والإنجازات في مختلف مجالات الدراسة، من تعلمنا الميكروبات للعثور على كواكب خارج المجموعة الشمسية، وكذلك الملاحظات الكواكب حول النجوم، التي نتلقاها بشكل مطرد التخلص المضاربة، يدخل تدريجيا في مجال التحليل الكمي.
