Mikrowyładowania w kroplach wody mogły dać początek życiu na Ziemi

Naukowcy od dekad próbują rozwikłać jedną z największych tajemnic naszej planety – w jaki sposób powstało życie na Ziemi. Najnowsze badania przeprowadzone przez zespół naukowców ze Stanford University rzucają nowe światło na ten fascynujący temat, proponując teorię, która może zrewolucjonizować nasze rozumienie początków życia. 

Według nich, kluczem do powstania pierwszych cząsteczek organicznych mogły być nie potężne wyładowania atmosferyczne, lecz niepozorne "mikrobłyskawice" powstające podczas rozpryskiwania się kropel wody.

Dotychczas dominującą teorią na temat powstania życia na Ziemi była tzw. hipoteza Millera-Ureya, zaproponowana w 1952 roku przez amerykańskich chemików Stanleya Millera i Harolda Ureya. Zgodnie z nią, życie mogło powstać dzięki wyładowaniom elektrycznym w postaci piorunów, które oddziaływały na pierwotną atmosferę Ziemi składającą się głównie z dwutlenku węgla, azotu, metanu, amoniaku i wodoru.

 Jednak ta teoria miała istotne ograniczenia, przede wszystkim fakt, że uderzenia piorunów są zjawiskiem stosunkowo rzadkim. Naukowcy kwestionowali, czy ilość energii dostarczanej przez wyładowania atmosferyczne mogła być wystarczająca do zainicjowania procesów prowadzących do powstania życia w oceanach pierwotnej Ziemi.

Przełomowe badanie prowadzone przez profesora Richarda Zare ze Stanford's School of Humanities wprowadza nową perspektywę. Zespół badawczy odkrył, że "mikrobłyskawice" powstające podczas rozpryskiwania się kropel wody mogły odegrać kluczową rolę w tworzeniu się pierwszych cząsteczek organicznych. Tego rodzaju mikrowyładowania elektryczne powstają, gdy krople wody zderzają się i rozpadają, co prowadzi do powstawania różnych ładunków elektrycznych.

Co ciekawe, naukowcy zaobserwowali, że podczas rozpryskiwania się wody, duże krople często mają ładunek dodatni, podczas gdy mniejsze kropelki nabierają ładunku ujemnego. Dzieje się tak, ponieważ podczas rozpadu kropli wody następuje nierównomierne rozdzielenie elektronów – niektóre cząsteczki tracą elektrony (zyskując ładunek dodatni), podczas gdy inne je pozyskują (uzyskując ładunek ujemny). Ten proces zachodzi nieustannie w naturalnym środowisku – przy rozbijających się falach oceanicznych, wodospadach czy nawet w zwykłym deszczu.

Aby przetestować swoją teorię, badacze wykorzystali kamery szybkoobrotowe, które pozwoliły im uchwycić mikroskopijne iskry powstające przy zderzeniu kropel o przeciwnych ładunkach. Następnie stworzyli w laboratorium warunki przypominające te na wczesnej Ziemi. Skierowali strumień wody do mieszaniny gazów, które prawdopodobnie występowały w pierwotnej atmosferze naszej planety – azotu, metanu, dwutlenku węgla i amoniaku.

Wyniki eksperymentu okazały się niezwykle obiecujące. W wyniku mikrowyładowań powstały trzy ważne związki organiczne: cyjanowodór, aminokwas glicyna oraz uracyl. To ostatnie odkrycie jest szczególnie znaczące, ponieważ uracyl jest jednym z kluczowych elementów budulcowych RNA – materiału genetycznego, który działa jako molekularny pomocnik DNA. Uracyl jest jedną z czterech zasad nukleotydowych w RNA, która odgrywa fundamentalną rolę w przenoszeniu informacji genetycznej.

Profesor Zare podkreśla, że chociaż mikrowyładowania są niewidoczne gołym okiem, niosą ze sobą ogromną energię. "Zazwyczaj myślimy o wodzie jako o czymś nieszkodliwym, ale gdy rozpada się na małe kropelki, staje się bardzo reaktywna" – wyjaśnia naukowiec. Dodaje również, że rozbijające się fale i wodospady wydają się być prawdziwym źródłem życia.

Ta nowa teoria "mikropiorunów" ma fundamentalną przewagę nad wcześniejszymi hipotezami. W przeciwieństwie do rzadkich wyładowań atmosferycznych, mikrowyładowania w kroplach wody są zjawiskiem powszechnym i nieustannym. Mogły one zachodzić wszędzie tam, gdzie na prehistorycznej Ziemi była woda – w oceanach, wodospadach, podczas deszczu czy nawet w małych kałużach. Jak zauważa profesor Zare: "Na wczesnej Ziemi woda była wszędzie rozpylona – w szczelinach lub na skałach – i mogła się gromadzić i powodować tę reakcję chemiczną".

Warto podkreślić, że odkrycie to sugeruje, iż podstawowe elementy życia mogły powstać nie w wyniku jednorazowych, katastroficznych zdarzeń, takich jak uderzenie pioruna czy meteoryt, ale w wyniku powszechnych, powtarzalnych procesów zachodzących w wodzie. Wiązania węgiel-azot, które powstają w wyniku mikrowyładowań, stanowią fundamentalny składnik związków budujących współczesne organizmy żywe, w tym białek, enzymów i chlorofilu.

Badanie to, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Science Advances, może zrewolucjonizować nasze rozumienie początków życia na Ziemi. Jeśli teoria "mikrobłyskawic" zostanie potwierdzona przez kolejne badania, będzie to oznaczać, że życie na naszej planecie mogło powstać dużo łatwiej i powszechniej, niż dotychczas sądzono. Co więcej, otwiera to nowe możliwości w poszukiwaniu życia na innych planetach – wszędzie tam, gdzie występuje woda w stanie ciekłym, mogą zachodzić podobne procesy prowadzące do powstania cząsteczek organicznych.