اكتشف العلماء أن الغلاف الجوي القديم للأرض ربما يكون قد أشعل الحياة

وجد الباحثون أن الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر يمكن أن ينتج بشكل طبيعي جزيئات حيوية تعتمد على الكبريت، بما في ذلك الأحماض الأمينية مثل السيستين. وباستخدام الغازات الخفيفة والبسيطة، قاموا بإعادة خلق الظروف التي خلقت جزيئات معقدة اعتقد منذ فترة طويلة أنها تتطلب كائنات حية.

وتشير هذه النتائج إلى أن المكونات الخام للحياة ربما كانت منتشرة على نطاق واسع، ولا تقتصر على البيئات النادرة مثل الفتحات البركانية.

الغلاف الجوي المبكر كمصدر للمواد الخام للحياة

ربما لعب هواء الأرض القديم دورًا أكبر بكثير في ظهور الحياة مما كان يعتقده العلماء في السابق.

دراسة نشرت اليوم (1 ديسمبر) في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلومتشير التقارير التي يقودها باحثون من جامعة كاليفورنيا في بولدر والعديد من المتعاونين إلى أن الغلاف الجوي المبكر ربما كان يولد بنشاط جزيئات قائمة على الكبريت منذ مليارات السنين. ومن المعروف أن هذه المركبات مهمة للحياة.

يتحدى هذا الاكتشاف الافتراض القديم بأن جزيئات الكبريت هذه لم تظهر إلا بعد تطور الكائنات الحية بالفعل.

وقال المؤلف الأول نيت ريد، وهو زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا: “يمكن أن تساعدنا دراستنا في فهم تطور الحياة في مراحلها الأولى”. ناسا الذي أكمل البحث أثناء عمله في قسم الكيمياء والمعهد التعاوني لأبحاث العلوم البيئية (CIRES) بجامعة CU Boulder.

دور الكبريت والافتراضات طويلة الأمد

الكبريت، مثل الكربون، هو عنصر أساسي موجود في كل أشكال الحياة، من البكتيريا إلى البشر. ويظهر في العديد من الأحماض الأمينية، التي تعمل بمثابة المكونات الأساسية للبروتين.

على الرغم من احتواء الغلاف الجوي المبكر للأرض على الكبريت، فقد اعتقد العلماء أن مركبات الكبريت العضوية، بما في ذلك الأحماض الأمينية، لم تتشكل إلا بعد وجود الأنظمة الحية بالفعل.

نادرًا ما أنتجت عمليات المحاكاة السابقة التي حاولت إعادة إنتاج ظروف الأرض المبكرة كميات ذات معنى من الجزيئات الحيوية الكبريتية قبل الحياة. وفي الحالات القليلة التي ظهرت فيها الجزيئات، تشكلت في ظل ظروف بيئية محددة للغاية وغير محتملة.

ساعدت هذه الخلفية في تشكيل ردود الفعل عندما تلسكوب جيمس ويب الفضائي تم تحديد كبريتيد ثنائي الميثيل، وهو جزيء الكبريت الذي تصنعه الطحالب البحرية على الأرض الحديثة، على سطح الأرض كوكب خارجي K2-18ب. ورأى العديد من الباحثين أن هذا الاكتشاف هو إشارة محتملة لوجود حياة في مكان آخر.

تجارب جديدة تغير الصورة

ومع ذلك، أظهر العمل السابق الذي قام به ريد والمؤلف الرئيسي إيلي براون، أستاذ الكيمياء وزميل CIRES، أنه يمكن توليد كبريتيد ثنائي الميثيل في المختبر باستخدام الغازات الجوية الخفيفة والبسيطة فقط. تشير هذه النتيجة إلى أن الجزيء قد ينشأ بشكل طبيعي حتى في عوالم خالية من الحياة.

بناءً على هذه الرؤية، بدأ براون وريد وزملاؤهما في استكشاف ما يمكن أن ينتجه الغلاف الجوي المبكر للأرض. لقد أضاءوا خليطًا من الميثان وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والنيتروجين لتقليد الظروف الجوية قبل الحياة.

وقال براون إن الكبريت من الصعب دراسته في المختبر، لأنه يلتصق بالمعدات ويظهر بكميات صغيرة للغاية في الغلاف الجوي مقارنة بثاني أكسيد الكربون.₂ والنيتروجين. وأوضحت: “يجب أن يكون لديك معدات يمكنها قياس كميات صغيرة جدًا من المنتجات”.

وباستخدام مطياف كتلة حساس للغاية قادر على اكتشاف المواد الكيميائية النزرة، اكتشف الباحثون أن محاكاة الأرض المبكرة الخاصة بهم خلقت مجموعة كاملة من الجزيئات الحيوية الكبريتية. وتشمل هذه الأحماض الأمينية السيستين والتورين، بالإضافة إلى الإنزيم المساعد M، وهو مركب ضروري لعملية التمثيل الغذائي.

سماء قادرة على دعم المحيط الحيوي الناشئ

ثم قام الفريق بتقدير ما يمكن أن يولده الغلاف الجوي البدائي بأكمله. أشارت حساباتهم إلى أن السماء المبكرة ربما أنتجت ما يكفي من السيستين لتزويد حوالي أوكتيليون خلية (واحدة تليها 27 صفرًا). وبالمقارنة، تحتوي الأرض اليوم على ما يقرب من نونيليون خلية (واحدة يتبعها 30 صفرًا).

وقال ريد: “على الرغم من أن هذا ليس بالعدد الموجود الآن، إلا أنه كان لا يزال هناك الكثير من السيستين في بيئة خالية من الحياة. وقد يكون كافياً للنظام البيئي العالمي الناشئ، حيث بدأت الحياة للتو”.

ووفقا للباحثين، ربما تكون هذه الجزيئات المحمولة جوا قد سقطت على السطح من خلال هطول الأمطار، مما أدى إلى توصيل مكونات مهمة بيولوجيا مباشرة إلى البيئات الأرضية أو المحيطية.

إعادة التفكير في مصدر جزيئات الحياة الأولى

وقال براون: “ربما تطلبت الحياة بعض الظروف المتخصصة للغاية للبدء، مثل البراكين القريبة أو الفتحات الحرارية المائية ذات الكيمياء المعقدة”. “لقد اعتدنا أن نعتقد أن الحياة يجب أن تبدأ تمامًا من الصفر، لكن نتائجنا تشير إلى أن بعض هذه الجزيئات الأكثر تعقيدًا كانت منتشرة بالفعل في ظل ظروف غير متخصصة، الأمر الذي ربما جعل من السهل على الحياة أن تبدأ”.

المرجع: “جو أركي غني بالجزيئات الحيوية الكبريتية” 1 ديسمبر 2025، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2516779122

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.