زمین اولیه یک منظره جهنمی مذاب و منفجر شده از سیارک بود. دانشمندان اکنون می دانند که چه زمانی تغییر کرده است

مسئله منشأ زندگی یک مشکل مرغ و تخم مرغ است که شاید بهترین توضیح آن توسط ریبوزوم باشد. این ساختارهای بین سلولی کوچک، ژن‌ها را به پروتئین تبدیل می‌کنند، فرآیندی که برای زندگی ضروری است. و با این حال، ریبوزوم ها خود از پروتئین و RNA ساخته شده اند. بنابراین کدامیک اول شد، ریبوزوم هایی که پروتئین ها را می سازند یا پروتئین هایی که ریبوزوم ها را می سازند؟

در اوایل دهه 1960، فرضیه جهان RNA به عنوان پاسخی به این سوال مطرح شد. RNA پسرعموی تک رشته ای DNA است، مولکولی که حاوی اطلاعات ژنتیکی برای زیست شناسی سلولی است. RNA که اغلب "مولکول اسب کار" سلول ها نامیده می شود، می تواند به سه شکل مختلف برای انجام سه عملکرد متفاوت باشد. RNA پیام رسان (mRNA) دستورالعمل های ژنتیکی را از DNA به ریبوزوم های سازنده پروتئین حمل می کند، RNA ریبوزومی (rRNA) به ساخت خود ریبوزوم ها کمک می کند و RNA انتقالی (tRNA) پروتئین ها را از mRNA سنتز می کند.

فرضیه جهان RNA نشان می دهد که زندگی بر روی زمین با مولکول های RNA خودتکثیر شونده آغاز شد. از این گذشته، RNA بسیار ساده تر از DNA است، بنابراین منطقی است که ابتدا ظاهر شود. در این سناریو، اولین شکل‌های حیات تک سلولی از RNA برای ذخیره اطلاعات ژنتیکی و ایجاد مولکول‌های دیگر استفاده می‌کردند. امروزه سلول ها این وظایف را بین DNA و RNA تقسیم می کنند.

اما دقیقا چه زمانی جهان RNA پدیدار شد؟ اگر این واقعا نقطه شروع حیات بود، پاسخ به این سؤال برای درک منشأ ما و اینکه آیا حیات می تواند به روشی مشابه در سیارات دیگر به وجود بیاید، کلیدی است. مطالعه ای که امروز در ژورنال Nature Communications منتشر شد، نشان می دهد که شرایط برای یک جهان RNA حدود 4.33 میلیارد سال پیش بهینه شده است و جدول زمانی دقیق تری برای منشا حیات ارائه می دهد.

زمین اولیه مکانی خشن بود. سیاره جوان ما دائما توسط سیارک ها و دیگر زباله های تشکیل سیاره بمباران می شد و این برخوردها سطح آن را فوق العاده گرم می کرد. این امر زمین را نسبت به شیمی پری بیوتیک، واکنش‌های شیمیایی که جای خود را به زندگی می‌دهد، نامناسب کرد. برای ظهور جهان RNA، سیل سنگ های فضایی باید به اندازه کافی کند شود تا سیاره خنک شود.

محققان به رهبری اولگ آبراموف، دانشمند ارشد مؤسسه علوم سیاره ای در توسان، آریزونا، برای فهمیدن اینکه چه زمانی ممکن است این انتقال رخ داده باشد، از یک مدل کامپیوتری سه بعدی برای شبیه سازی اثرات حرارتی برخوردها بر روی پوسته زمین بین 4.5 تا 3.5 میلیارد سال پیش استفاده کردند.

آبراموف در ایمیلی به Gizmodo گفت: «ما از رویکردی متفاوت نسبت به مطالعات قبلی استفاده کردیم که مبتنی بر مدل‌سازی ژئوشیمیایی، تحلیل‌های بیومولکولی و مدل‌های شیمی اولیه جو بود. ما هر دو اثرات مضر اثرات، مانند تخریب مولکول‌های زیستی کلیدی ناشی از دما، و اثرات مساعد برای زندگی، مانند تولید سیستم‌های گرمابی را بررسی کردیم.

این مدل دماهای پوسته بالایی را در کنار محدودیت‌های پایداری حرارتی RNA و دیگر مولکول‌های حیات‌بخش شبیه‌سازی کرد. این تجزیه و تحلیل نشان داد که دمای زمین احتمالا بین 4.4 تا 4.3 میلیارد سال پیش برای جهان RNA مناسب بوده است و شرایط بهینه در حدود 4.33 میلیارد سال پیش ایجاد شده است.

با این حال، این برآورد فرض می‌کند که دیگر شرایط محیطی لازم قبلا وجود داشته است. آبراموف توضیح داد: "شیمی RNA هنوز به آب مایع، نیتروژن کاهش یافته و سایر عناصر کلیدی و راهی برای تمرکز آنها نیاز دارد." شیمی محلی نیز مهم است: pH، شوری، فعالیت آب، سطوح معدنی، و اینکه آیا محیط یک آبخوان مرطوب و خشک زیر هوایی است یا یک سیستم گرمابی.

مدل آن متغیرها را در نظر نمی‌گیرد، و اگر هر یک از این شرایط وجود نداشت، شیمی RNA همچنان می‌توانست در یک پوسته از نظر حرارتی مطلوب شکست بخورد. بنابراین این مطالعه جدول زمانی پیدایش حیات بر روی زمین را محدود می کند، اما دقیقا مشخص نمی کند که اولین شکل های حیات RNA چه زمانی ظاهر شده اند.

شواهد زمین شناسی می تواند به اعتبار این جدول زمانی تخمینی کمک کند. به گفته آبراموف، پیش‌بینی تیم او در حال حاضر با شواهدی از کریستال‌های زیرکون که نشان می‌دهد آب مایع در حدود 4.4 میلیارد سال پیش روی زمین وجود داشته، مطابقت دارد.

محققان می‌توانند به دنبال سرنخ‌های بیشتری در نمونه‌های گوشته زمین باشند، یا کریستال‌های زیرکون بیشتری می‌توانند به عنوان رکوردی از آب، واکنش‌های کاهش-اکسیداسیون، یا تغییرات معدنی ناشی از برهم‌کنش با مایعات در دمای نسبتا پایین عمل کنند. آبراموف گفت که نمونه‌های قدیمی‌تر از ماه نیز می‌توانند به محدود کردن محیط برخورد زمین اولیه کمک کنند.

در حالی که دانشمندان در ابتدای پنجره قابلیت سکونت زمین تلاش می کنند، او امیدوار است که این کار به پاسخگویی به سوالات مربوط به قابلیت سکونت سیارات دیگر مانند مریخ کمک کند.

آبراموف گفت: «یک سوال جالب، زمان بندی پنجره قابلیت سکونت در مریخ است که احتمالا به دلیل اندازه کوچکتر مریخ و سرعت متوسط ​​ضربه کمتر، بسیار زودتر از زمین باز شد. "این یک سوال موازی سکونت است، نه شواهدی مبنی بر اینکه حیات در مریخ شروع شده یا به زمین منتقل شده است، اگرچه این یک احتمال جالب است."