Bildkredit: University of Arizona
Forskare från University of Arizona har upptäckt att meteoriter, särskilt järnmeteoriter, kan ha varit avgörande för utvecklingen av livet på jorden.
Deras forskning visar att meteoriter lätt kunde ha gett mer fosfor än som naturligt förekommer på jorden - tillräckligt med fosfor för att ge upphov till biomolekyler som så småningom samlades till levande, replikerande organismer.
Fosfor är centralt i livet. Det bildar ryggraden i DNA och RNA eftersom det kopplar samman dessa molekylers genetiska baser i långa kedjor. Det är viktigt för ämnesomsättningen eftersom det är kopplat till livets grundläggande bränsle, adenosintrifosfat (ATP), energin som driver tillväxt och rörelse. Och fosfor är en del av den levande arkitekturen? det är i fosfolipiderna som utgör cellväggar och i ryggradsdjurens ben.
"Massmässigt är fosfor det femte viktigaste biologiska elementet, efter kol, väte, syre och kväve," sade Matthew A. Pasek, en doktorand vid UA: s planetära vetenskapsavdelning och Lunar och Planetarium.
Men där jordlivet fick sin fosfor har varit ett mysterium, tillade han.
Fosfor är mycket sällsyntare än väte, syre, kol och kväve.
Pasek citerar nyligen genomförda studier som visar att det finns ungefär en fosforatom för varje 2,8 miljoner väteatomer i kosmos, varje 49 miljon väteatomer i haven och varje 203 väteatomer i bakterier. På liknande sätt finns det en enda fosforatom för varje 1400 syreatomer i kosmos, var 25 miljon syreatomer i haven och 72 syreatomer i bakterier. Siffrorna för kolatomer respektive kväveatomer per enskild fosforatom är 680 och 230 i kosmos, 974 och 633 i haven, och 116 och 15 i bakterier.
"Eftersom fosfor är mycket sällsyntare i miljön än i livet, förstår fosforens beteende på den tidiga jorden ledtrådar till livets orgin," sade Pasek.
Elementets vanligaste markform är ett mineral som kallas apatit. Vid blandning med vatten släpper apatit endast mycket små mängder fosfat. Forskare har försökt värma apatit till höga temperaturer och kombinera det med olika konstiga, superenergiska föreningar, till och med experimentera med fosforföreningar okända på jorden. Denna forskning har inte förklarat var livets fosfor kommer ifrån, konstaterade Pasek.
Pasek började samarbeta med Dante Lauretta, UA-biträdande professor i planetariska vetenskaper, med tanken att meteoriter är källan till levande jordens fosfor. Verket inspirerades av Laurettas tidigare experiment som visade att fosfor koncentrerades på metallytor som korroderade i det tidiga solsystemet.
"Denna naturliga mekanism för fosforkoncentration i närvaro av en känd organisk katalysator (som järnbaserad metall) fick mig att tro att vattenkorrosion av meteoritiska mineraler kan leda till bildandet av viktiga fosforbärande biomolekyler," sade Lauretta.
"Meteoriter har flera olika mineraler som innehåller fosfor," sade Pasek. "Den viktigaste, som vi har arbetat med senast, är järn-nickelfosfid, känd som schreibersite."
Schreibersite är en metallförening som är extremt sällsynt på jorden. Men det är allestädes närvarande i meteoriter, särskilt järnmeteoriter, som är peppade med schreibersitkorn eller skivade med rosa färgade schreibersite-vener.
I april förra året blandade Pasek, UA, Virginia Smith, och Lauretta schriebersite med rumstemperatur, färskt, joniserat vatten. De analyserade sedan vätskeblandningen med användning av NMR, kärnmagnetisk resonans.
"Vi såg en hel massa olika fosforföreningar bildas," sade Pasek. "En av de mest intressanta som vi hittade var P2-O7 (två phorphorusatomer med sju syreatomer), en av de mer biokemiskt användbara formerna av fosfat, liknande det som finns i ATP."
Tidigare experiment har bildat P2-07, men vid hög temperatur eller under andra extrema förhållanden, inte bara genom att lösa ett mineral i rumstemperaturvatten, sade Pasek.
"Detta gör att vi kan begränsa något där livets ursprung kan ha inträffat," sade han. ”Om du kommer att ha fosfatbaserat liv skulle det troligtvis ha behövt förekomma i närheten av en sötvattensregion där en meteorit nyligen hade fallit. Vi kan gå så långt, kanske, som att säga att det var en järnmeteorit. Järnmeteoriter har från cirka 10 till 100 gånger så mycket schreibersite som andra meteoriter.
”Jag tror att meteoriter var kritiska för utvecklingen av livet på grund av några av mineralerna, särskilt P2-07-föreningen, som används i ATP, i fotosyntes, för att bilda nya fosfatbindningar med organiska ämnen (kolinnehållande föreningar) och i en mängd andra biokemiska processer, ”sade Pasek.
”Jag tror att en av de mest spännande aspekterna av denna upptäckt är det faktum att järnmeteoriter bildas genom processen med planetesimal differentiering,” sade Lauretta. Det vill säga, byggstenar av planeter, kallade planestesmals, bildar både en metallisk kärna och en silikatmantel. Järnmeteoriter representerar den metalliska kärnan, och andra typer av meteoriter, kallade achondrites, representerar manteln.
"Ingen insåg någonsin att ett sådant kritiskt stadium i planetutvecklingen kunde kopplas till livets ursprung," tillade han. ”Detta resultat begränsar var livet i vårt solsystem och andra kan komma från sitt liv. Det kräver ett asteroidbälte där planetesimaler kan växa till en kritisk storlek? cirka 500 kilometer i diameter? och en mekanism för att störa dessa kroppar och leverera dem till det inre solsystemet. ”
Laurup sade leveransen av planetesimaler till vårt inre solsystem, sade Lauretta, och begränsar därmed chansen att yttre solsystemplaneter och månar kommer att levereras med de reaktiva formerna av fosfor som används av biomolekyler som är väsentliga för marklivet.
Solsystem som saknar ett objekt av stor storlek Jupiter som kan störa mineralrika asteroider inåt mot markplaneter har också dunkla möjligheter att utveckla livet, tilllade Lauretta.
Pasek talar om forskningen idag (24 augusti) på det 228: e American Chemical Society Nationalmötet i Philadelphia. Arbetet finansieras av NASA-programmet, Astrobiology: Exobiology and Evolutionary Biology.
Originalkälla: UA News Release
