Innan det fanns liv som vi känner till fanns det molekyler. Men värden av steg som leder fram till denna övergång har förblivit ett av vetenskapens älskade mysterier.
Ny forskning antyder att livets byggstenar - prebiotiska molekyler - kan bildas i atmosfärerna av planeter, där dammet ger en säker plattform att bildas på och olika reaktioner med den omgivande plasma ger tillräckligt med energi som krävs för att skapa liv.
"Om livsbildningen är som ett pussel - ett mycket stort och komplicerat pussel - jag gillar att föreställa mig prebiotiska molekyler som några av de enskilda pusselbitarna," sade St. Andrews-professor Dr. Craig Stark. ”Att sätta ihop bitarna och bilda mer komplicerade biologiska strukturer för att göra en tydligare och mer kännbar bild. Och när alla bitar är på plats är den resulterande bilden livet. ”
Vi tror för närvarande att det bildas prebiotiska molekyler på de små iskornen i det interstellära rummet. Även om detta verkar motsäga den lätt accepterade tron att livet i rymden är omöjligt, ger kornets yta faktiskt en trevlig gästvänlig miljö där livet kan bildas eftersom det skyddar molekyler från skadlig rymdstrålning.
"Molekyler bildas på dammytan från adsorption av atomer och molekyler från den omgivande gasen," berättade Stark till Space Magazine. "Om lämpliga ingredienser för att framställa en viss molekylförening är tillgängliga, och förhållandena är rätt, är du i branschen."
Med "förhållanden" antyder Stark den andra ingrediensen som krävs: energi. De enkla molekylerna som befolkar galaxen är relativt stabila; utan otrolig mängd energi kommer de inte att bilda nya obligationer. Man har trott att liv kan bildas i blixtnedslag och vulkanutbrott just av denna anledning.
Så Stark och hans kolleger vände sina ögon på atmosfärerna av exoplaneter, där damm är nedsänkt i en plasma full av positiva joner och negativa elektroner. Här kan elektrostatiska interaktioner mellan dammpartiklar och plasma ge den höga energin som krävs för att bilda prebiotiska föreningar.
I en plasma kommer dammkornet att suga upp de fria elektronerna snabbt och bli negativt laddat. Detta beror på att elektroner är lättare och därför snabbare än positiva joner. När dammkornet är negativt laddat kommer det att locka till sig ett flöde av positiva joner, som accelererar mot dammpartikeln och kolliderar med mer energi än de skulle göra i en neutral miljö.
För att testa detta studerade författarna en exempelatmosfär, som gjorde det möjligt för dem att undersöka de olika processerna som kan förvandla den joniserade gasen till en plasma samt bestämma om plasma skulle leda till tillräckligt energiska reaktioner.
"Som ett bevis på principen såg vi på sekvensen av kemiska reaktioner som leder till bildandet av den enklaste aminosyraglycinen," sade Stark. Aminosyror är bra exempel på prebiotiska molekyler eftersom de krävs för bildning av proteiner, peptider och enzymer.
Deras modeller visade att "plasmajonerna verkligen kan accelereras till tillräckliga energier som överskrider aktiveringsenergierna för bildning av formaldehyd, ammoniak, vätecyanid och i slutändan aminosyran glycin," berättade Stark för Space Magazine. "Det kanske inte har varit möjligt om plasma var frånvarande."
Författarna visade att med blygsamma plasmatemperaturer finns det tillräckligt med energi för att bilda den prebiotiska molekylen glycin. Högre temperaturer kan också möjliggöra mer komplexa reaktioner och därför mer intrikata prebiotiska molekyler.
Stark och hans kollegor demonstrerade en livskraftig väg till bildandet av en prebiotisk molekyl, och därför liv, under till synes vanliga förhållanden. Medan livets ursprung kan förbli ett av vetenskapens älskade mysterier, fortsätter vi att få en bättre förståelse, ett pusselbit åt gången.
Uppsatsen har accepterats för publicering i tidskriften Astrobiology och är tillgänglig för nedladdning här.
