Eine stürmische, aktive Sonne könnte das Leben auf der Erde in Gang gebracht haben

Die ersten Bausteine ​​des Lebens auf der Erde könnten sich dank Eruptionen unserer Sonne gebildet haben, findet eine neue Studie.

Eine Reihe chemischer Experimente zeigt, wie Sonnenpartikel, die mit Gasen in der frühen Erdatmosphäre kollidieren, Aminosäuren und Carbonsäuren bilden können, die Grundbausteine ​​von Proteinen und organischem Leben. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Leben.

Um den Ursprung des Lebens zu verstehen, versuchen viele Wissenschaftler zu erklären, wie Aminosäuren, die Rohstoffe, aus denen Proteine ​​und alles zelluläre Leben entstanden sind, entstanden sind. Der bekannteste Vorschlag stammt aus den späten 1800er Jahren, als Wissenschaftler spekulierten, dass das Leben in einem „warmen kleinen Teich“ begonnen haben könnte: Eine Suppe aus Chemikalien, die durch Blitze, Hitze und andere Energiequellen energetisiert wird und sich in konzentrierten Mengen miteinander vermischen könnte organische Moleküle bilden.

1953 versuchte Stanley Miller von der University of Chicago, diese Urbedingungen im Labor nachzubilden. Miller füllte eine geschlossene Kammer mit Methan, Ammoniak, Wasser und molekularem Wasserstoff – Gase, von denen angenommen wird, dass sie in der frühen Erdatmosphäre weit verbreitet sind – und zündete wiederholt einen elektrischen Funken, um einen Blitz zu simulieren. Eine Woche später analysierten Miller und sein Studienberater Harold Urey den Inhalt der Kammer und stellten fest, dass sich 20 verschiedene Aminosäuren gebildet hatten.

„Das war eine große Offenbarung“, sagte Vladimir Airapetian, ein herausragender Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Co-Autor des neuen Artikels. „Aus den Grundbestandteilen der Atmosphäre der frühen Erde kann man diese komplexen organischen Moleküle synthetisieren.“

Aber die letzten 70 Jahre haben diese Interpretation erschwert. Wissenschaftler glauben nun, dass Ammoniak (NH3) und Methan (CH4) weit weniger häufig vorkamen; Stattdessen war die Luft der Erde mit Kohlendioxid (CO2) und molekularem Stickstoff (N2) gefüllt, deren Abbau mehr Energie erfordert. Diese Gase können immer noch Aminosäuren liefern, aber in stark reduzierten Mengen.

Auf der Suche nach alternativen Energiequellen wiesen einige Wissenschaftler auf Schockwellen von einfallenden Meteoren hin. Andere zitierten die UV-Strahlung der Sonne. Airapatian, der Daten von der Kepler-Mission der NASA verwendete, wies auf eine neue Idee hin: energiereiche Teilchen von unserer Sonne.

Kepler beobachtete weit entfernte Sterne in verschiedenen Stadien ihres Lebenszyklus, aber seine Daten geben Hinweise auf die Vergangenheit unserer Sonne. 2016, Airapetian veröffentlichte eine Studie was darauf hindeutet, dass die Sonne während der ersten 100 Millionen Jahre der Erde etwa 30 % dunkler war. Aber solare „Superflares“ – mächtige Eruptionen, die wir heute nur etwa alle 100 Jahre sehen – wären alle 3-10 Tage einmal ausgebrochen. Diese Superflares senden Partikel mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus, die regelmäßig mit unserer Atmosphäre kollidieren und chemische Reaktionen auslösen.

„Sobald ich dieses Papier veröffentlicht hatte, kontaktierte mich das Team der Yokohama National University aus Japan“, sagte Airapetian.

Dr. Kobayashi, ein dortiger Chemieprofessor, hatte die letzten 30 Jahre damit verbracht, präbiotische Chemie zu studieren. Er versuchte zu verstehen, wie galaktische kosmische Strahlung – einfallende Teilchen von außerhalb unseres Sonnensystems – die frühe Erdatmosphäre beeinflusst haben könnte. „Die meisten Ermittler ignorieren galaktische kosmische Strahlung, weil sie spezielle Ausrüstung wie Teilchenbeschleuniger benötigen“, sagte Kobayashi. „Ich hatte das Glück, Zugang zu mehreren von ihnen in der Nähe unserer Einrichtungen zu haben.“ Kleinere Änderungen an Kobayashis experimentellem Aufbau könnten Airapatians Ideen auf die Probe stellen.

Airapetian, Kobayashi und ihre Mitarbeiter schufen ein Gasgemisch, das der frühen Erdatmosphäre, wie wir sie heute verstehen, entsprach. Sie kombinierten Kohlendioxid, molekularen Stickstoff, Wasser und eine variable Menge Methan. (Der Methananteil in der frühen Erdatmosphäre ist ungewiss, wird aber als gering angesehen.) Sie beschossen die Gasgemische mit Protonen (Simulation von Sonnenteilchen) oder zündeten sie mit Funkenentladungen (Simulation von Blitzen), wobei sie das Miller-Urey-Experiment zum Vergleich replizierten.

Solange der Methananteil über 0,5 % lag, produzierten die von Protonen (Sonnenteilchen) beschossenen Mischungen nachweisbare Mengen an Aminosäuren und Carbonsäuren. Aber die Funkenentladungen (Blitze) erforderten eine Methankonzentration von etwa 15 %, bevor sich überhaupt Aminosäuren bildeten.

„Und selbst bei 15 % Methan ist die Produktionsrate der Aminosäuren durch Blitze millionenfach geringer als durch Protonen“, fügte Airapetian hinzu. Protonen neigten auch dazu, mehr Carbonsäuren (eine Vorstufe von Aminosäuren) zu produzieren als solche, die durch Funkenentladungen gezündet wurden.

Wenn alles andere gleich ist, scheinen Sonnenpartikel eine effizientere Energiequelle zu sein als Blitze. Aber alles andere war wahrscheinlich nicht gleich, schlug Airapetian vor. Miller und Urey gingen davon aus, dass Blitze zur Zeit des „warmen kleinen Teichs“ genauso häufig waren wie heute. Aber Blitze, die von Gewitterwolken kommen, die durch aufsteigende warme Luft gebildet werden, wären unter einer 30% schwächeren Sonne seltener gewesen.

„Bei kalten Bedingungen gibt es nie Blitze, und die frühe Erde stand unter einer ziemlich schwachen Sonne“, sagte Airapetian. „Das heißt nicht, dass es nicht von Blitzen kommen könnte, aber Blitze scheinen jetzt weniger wahrscheinlich und Sonnenpartikel scheinen wahrscheinlicher zu sein.“

Diese Experimente deuten darauf hin, dass unsere aktive junge Sonne die Vorläufer des Lebens leichter und vielleicht früher als bisher angenommen katalysiert haben könnte.