Die Graphitisierung könnte die von Wissenschaftlern gesuchte Einfachheit bieten

Wissenschaftler der Universität Cambridge vermuten, dass sich Moleküle, die für die Entwicklung des Lebens von entscheidender Bedeutung sind, durch einen Prozess namens Graphitisierung gebildet haben könnten. Sobald es im Labor verifiziert ist, könnte es uns ermöglichen, plausible Bedingungen für die Entstehung von Leben nachzubilden.

Wie kamen die lebensnotwendigen Chemikalien dorthin? Es wird seit langem darüber diskutiert, wie die scheinbar zufälligen Lebensbedingungen in der Natur entstanden sind, wobei viele Hypothesen in Sackgassen geraten sind. Allerdings haben Forscher der Universität Cambridge nun modelliert, wie diese Bedingungen auftreten könnten, wodurch die lebensnotwendigen Inhaltsstoffe in erheblichen Mengen produziert werden könnten.

Das Leben wird von Molekülen gesteuert, die Proteine, Phospholipide und Nukleotide genannt werden. Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass nützliche stickstoffhaltige Moleküle wie Nitrile – Cyanoacetylen (HC3N) und Cyanwasserstoff (HCN) – und Isonitrile – Isocyanid (HNC) und Methylisocyanid (CH3NC) – zur Herstellung dieser Bausteine ​​des Lebens verwendet werden könnten. Bisher gab es jedoch keine eindeutige Möglichkeit, all dies in derselben Umgebung in nennenswerten Mengen herzustellen.

In einem Kürzlich durchgeführte Studie veröffentlicht in Leben, hat die Gruppe nun herausgefunden, dass durch einen als Graphitisierung bekannten Prozess theoretisch erhebliche Mengen dieser nützlichen Moleküle hergestellt werden können. Wenn das Modell experimentell verifiziert werden kann, deutet dies darauf hin, dass der Prozess ein wahrscheinlicher Schritt für die frühe Erde auf ihrem Weg zum Leben war.

Warum ist es wahrscheinlicher, dass dieser Prozess stattgefunden hat als andere?

Ein Großteil des Problems bei früheren Modellen besteht darin, dass neben den Nitrilen auch eine Reihe anderer Produkte entstehen. Dadurch entsteht ein chaotisches System, das die Entstehung von Leben behindert.

„Ein großer Teil des Lebens ist Einfachheit“, sagte Dr. Paul Rimmer, Assistenzprofessor für experimentelle Astrophysik am Cavendish Laboratory und Mitautor der Studie. „Es geht um Ordnung. Es geht darum, einen Weg zu finden, einen Teil der Komplexität zu beseitigen, indem man kontrolliert, welche Chemie passieren kann.“

Wir erwarten nicht, dass das Leben in einer chaotischen Umgebung entsteht. Faszinierend ist also, wie die Graphitierung selbst die Umwelt reinigt, da bei dem Prozess ausschließlich diese Nitrile und Isonitrile entstehen, mit überwiegend inerten Nebenprodukten.

„Zuerst dachten wir, das würde alles verderben, aber tatsächlich macht es alles so viel besser. Es reinigt die Chemie“, sagte Rimmer.

Dies bedeutet, dass die Graphitierung die Einfachheit bieten könnte, nach der Wissenschaftler suchen, und die saubere Umwelt, die für das Leben erforderlich ist.

Wie funktioniert der Prozess?

Das Hadean-Äon war die früheste Periode in der Erdgeschichte, als sich die Erde stark von unserer modernen Erde unterschied. Einschläge mit Trümmern, manchmal so groß wie Planeten, waren keine Seltenheit. Die Studie geht davon aus, dass das darin enthaltene Eisen mit Wasser auf der Erde reagierte, als die frühe Erde vor etwa 4,3 Milliarden Jahren von einem Objekt von etwa der Größe des Mondes getroffen wurde.

„Etwas von der Größe des Mondes traf die frühe Erde und hätte eine große Menge Eisen und andere Metalle abgelagert“, sagte Co-Autor Dr. Oliver Shorttle, Professor für Naturphilosophie am Institut für Astronomie und der Abteilung für Geowissenschaften in Cambridge.

Die Produkte der Eisen-Wasser-Reaktion kondensieren auf der Erdoberfläche zu Teer. Der Teer reagiert dann mit Magma bei über 1500 °C und der Kohlenstoff im Teer wird zu Graphit – einer äußerst stabilen Form von Kohlenstoff – und zu dem, was wir in modernen Bleistiftminen verwenden.

„Sobald das Eisen mit dem Wasser reagiert, bildet sich ein Nebel, der kondensiert und sich mit der Erdkruste vermischt. Beim Erhitzen bleiben, siehe da, die nützlichen stickstoffhaltigen Verbindungen übrig“, sagte Shorttle.

Welche Beweise gibt es, die diese Idee stützen?

Die Beweise, die diese Theorie stützen, stammen teilweise aus dem Vorhandensein komatiitischer Gesteine. Komatiit ist eine Art Vulkangestein, das entsteht, wenn sehr heißes Magma (>1500 °C) abkühlt.

„Komatiit wurde ursprünglich in Südafrika gefunden. Die Gesteine ​​stammen aus der Zeit vor etwa 3,5 Milliarden Jahren“, sagte Shorttle. „Entscheidend ist, dass wir wissen, dass sich diese Gesteine ​​nur bei sengenden Temperaturen um 1700 °C bilden. Das bedeutet, dass das Magma bereits heiß genug gewesen wäre, um den Teer zu erhitzen und unsere nützlichen Nitrile zu erzeugen.“

Nachdem der Zusammenhang bestätigt wurde, vermuten die Autoren, dass mit dieser Methode stickstoffhaltige Verbindungen hergestellt werden könnten – da wir Komatiit sehen, wissen wir, dass die Temperatur des Magmas auf der frühen Erde manchmal über 1500 °C gelegen haben muss.

Jetzt müssen Experimente versuchen, diese Bedingungen im Labor nachzubilden und zu untersuchen, ob das Wasser, das sich zwangsläufig im System befindet, die Stickstoffverbindungen auffrisst und sie auseinanderbricht.

„Obwohl wir nicht sicher wissen, ob diese Moleküle den Ursprung des Lebens auf der Erde hatten, wissen wir doch, dass die Bausteine ​​des Lebens aus Molekülen bestehen müssen, die im Wasser überlebt haben“, sagte Rimmer. „Wenn zukünftige Experimente zeigen, dass die Nitrile alle auseinanderfallen, müssen wir nach einem anderen Weg suchen.“