آغاز حیات بر زمین: شبیه‌سازی جو کهن زمین

کشف رازهای سیارات دور از زمین

کلید کشف رازهای سیارات دور از زمین در همین‌جا بر روی کره زمین نهفته است. محققان دانشگاه توهوکو، دانشگاه توکیو و دانشگاه هوکایدو مدلی را توسعه داده‌اند که به بررسی واکنش‌های شیمیایی مختلف در جو پرداخته و تخمین می‌زند که جو زمین و نشانه‌های اولیه حیات چگونه تکامل یافته‌اند.

شونگو کایاما از دانشگاه توهوکو توضیح می‌دهد: «زمین باستان هیچ شباهتی به خانه کنونی ما نداشت؛ اینجا جایی بسیار خشن بود که غنی از آهن فلزی و دارای جوی پر از هیدروژن و متان بود.» این مولکول‌ها سرنخی مهم درباره چگونگی شکل‌گیری اولیه حیات به همراه دارند. زمانی که این مولکول‌ها در معرض تابش ماوراء بنفش (UV) خورشید قرار می‌گیرند، واکنشی شیمیایی رخ می‌دهد که مواد آلی (که به عنوان «بلوک‌های سازنده حیات» نیز شناخته می‌شوند) تولید می‌کند.

بخشی از این مواد آلی پیش‌سازهای مولکول‌های بیومولکولی ضروری مانند آمینواسیدها و اسیدهای نوکلئیک بوده‌اند. با این حال، درک نقش تابش UV دشوار است. اولاً، این نوع جو ناپایدار است و احتمالاً به دلیل واکنش‌های شیمیایی جوی دستخوش تغییرات سریع شده است. ثانیاً، زمانی که تابش UV به طور مؤثر بخار آب موجود در جو را تجزیه کرده و مولکول‌های اکسیداتیو تولید می‌کند، نسبت انشعاب دقیق و زمان‌بندی آن مشخص نشده است.

مدل فوتوشیمیایی یک‌بعدی و پیش‌بینی‌های آن درباره جو زمین

برای حل این مسائل، یک مدل فوتوشیمیایی یک‌بعدی ایجاد شد تا پیش‌بینی‌های دقیقی درباره جو زمین در گذشته ارائه دهد. محاسبات نشان می‌دهد که بیشتر هیدروژن به فضا از دست رفته و هیدروکربن‌هایی مانند استیلن (که از متان تولید می‌شود) از تابش UV محافظت کرده‌اند. این جلوگیری از تابش UV به‌طور قابل توجهی تجزیه بخار آب و اکسیداسیون متان را کاهش داده و در نتیجه تولید مواد آلی را افزایش داده است.

اگر مقدار اولیه متان معادل مقدار کربنی بود که در سطح کنونی زمین یافت می‌شود، ممکن است لایه‌های آلی به ضخامت چند صد متر تشکیل شده باشد. ممکن است تجمعی از مواد آلی وجود داشته باشد که مانند یک سوپ غنی از بلوک‌های سازنده مهم عمل کرده است. این می‌تواند منبعی باشد که از آن موجودات زنده برای نخستین بار بر روی زمین ظهور کردند.” این پیشنهاد را تاتسویا یوشیدا از دانشگاه توهوکو مطرح می‌کند.

شباهت جو زمین با سیارات همسایه

این مدل نشان می‌دهد که جو زمین در دوران باستان به‌طور شگفت‌انگیزی مشابه آنچه که امروز در سیارات همسایه، یعنی زهره و مریخ، مشاهده می‌کنیم، بوده است. با این حال، با وجود نزدیکی این سیارات، زمین به محیطی کاملاً متفاوت تکامل یافته است. پژوهشگران در تلاشند تا درک کنند که چه چیزی زمین را این‌قدر خاص می‌کند.

به همین دلیل، این مدل به ما این امکان را می‌دهد که درک عمیق‌تری از اینکه آیا تکامل جوی و منشأ حیات بر روی زمین منحصر به فرد است یا الگوهای مشترکی با سایر سیستم‌های سیاره‌ای دارد، پیدا کنیم.