راز شیمیایی پیدایش حیات؛ جرقه‌های ریز در آب احتمالاً اولین مولکول‌های آلی را ساختند

نخستین مولکول‌های ضروری برای حیات ممکن است زمانی شکل گرفته باشند که جرقه‌های کوچکی از «میکرورعد» (microlightning) بین قطرات آب، واکنش‌های شیمیایی لازم را ایجاد کرده باشند. ریچارد زار، شیمیدان از دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا، می‌گوید: «این روش جدیدی برای تفکر در مورد چگونگی شکل‌گیری عناصر سازنده‌ی حیات است.»

یکی از شکاف‌های مهم در دانش ما درباره‌ی منشأ حیات این است که چگونه گازهای ساده توانسته‌اند با هم واکنش دهند و مولکول‌های آلی حاوی پیوندهای بین کربن و نیتروژن را بسازند؛ مانند پروتئین‌ها و آنزیم‌ها که زیربنای حیات امروزی هستند.

زار می‌گوید: «اگر به گازهایی که تصور می‌شود در زمین اولیه وجود داشتند نگاه کنید، آن‌ها حاوی پیوند کربن-نیتروژن نیستند. آن‌ها گازهایی مانند متان، بخار آب، آمونیاک و نیتروژن هستند.» در سال ۱۹۵۲، استنلی میلر و هارولد یوری طی آزمایش‌هایی نشان دادند که الکتریسیته می‌تواند آب و این گازها را به مولکول‌های آلی لازم تبدیل کند؛ اما فرضیه‌ی آن‌ها بر این اساس بود که انرژی الکتریکی مورد نیاز از رعد و برق تأمین شده است.

اکنون زار و همکارانش با پاشیدن قطرات آب در محیطی شامل متان، دی‌اکسید کربن، آمونیاک و نیتروژن نشان داده‌اند که می‌توان بدون نیاز به منبع خارجی الکتریسیته، مولکول‌های آلی دارای پیوندهای کربن-نیتروژن را تولید کرد. زار توضیح می‌دهد که این فرآیند به دلیل ایجاد بارهای الکتریکی کوچک در قطرات آب عملی است. او می‌گوید: «قطرات کوچک‌تر آب دارای بار منفی و قطرات بزرگ‌تر دارای بار مثبت هستند.» این پدیده به اثر لنارد (Lenard effect) مربوط می‌شود که در آن، هنگام برخورد و شکستن قطرات آب، مانند آنچه در آبشارها رخ می‌دهد، بار الکتریکی تولید می‌شود.

بااین‌حال تیم تحقیقاتی با استفاده از دوربین‌های پرسرعت کشف کردند که وقتی قطرات با بار مخالف به اندازه‌ی کافی به‌یکدیگر نزدیک می‌شوند، جرقه‌های الکتریکی کوچکی میان آن‌ها برقرار می‌شود که زار آن را میکرورعد می‌نامد. این فرآیند مشابه ایجاد الکتریسیته ساکن یا شکل‌گیری و تخلیه صاعقه در ابرها است.

زار می‌گوید: «وقتی قطرات آب در فاصله‌ی نانومتری از یکدیگر قرار می‌گیرند، میدان الکتریکی به‌وجود می‌آید و این میدان الکتریکی موجب شکستن پیوندهای مولکولی می‌شود.» جرقه‌های رعد و برق به اندازه‌ی کافی انرژی (حدود ۱۲ الکترون ولت) حمل می‌کردند تا مولکول‌های گاز یک الکترون از دست بدهند و با یکدیگر واکنش نشان دهند و مولکول‌های آلی با پیوندهای کربن-نیتروژن، از جمله سیانید هیدروژن، اسید‌آمینه گلیسین و اوراسیل (یکی از اجزای RNA) را تولید کنند.

به‌گفته‌ی زار، یافته‌ها نشان می‌دهند که برخورد امواج دریا یا آبشارها می‌توانسته جرقه‌های کوچکی ایجاد کند که مواد شیمیایی ضروری برای آغاز حیات را فراهم آورند. از آنجا که قطرات آب به‌طور گسترده در طبیعت وجود دارند و اغلب روی سنگ‌ها فرود می‌آیند، این مواد آلی می‌توانسته‌اند در شکاف‌ سنگ‌ها انباشته شوند. چنین چرخه‌های مرطوب و خشکی باعث می‌شدند مولکول‌های کوتاه‌تر ترکیب یا پلیمریزه و به مولکول‌های طولانی‌تر تبدیل شوند.

کومار وانکا، از آزمایشگاه ملی شیمی در پونا هند، می‌گوید: «این مطالعه نشان می‌دهد که میکرورعد در محیط‌های غنی از آب زمین اولیه‌ فراوان بوده و ممکن است شیمی پیش‌زیستی را هدایت کرده باشد؛ به ویژه در مناطقی که سایر منابع انرژی مانند صاعقه یا پرتو فرابنفش محدود بوده‌اند.»

ویدا فکر می‌کند تحقیق جدید همچنین پیامدهایی برای جستجوی حیات فرازمینی دارد که اغلب با جستجوی وجود آب در سیارات یا قمرهای دیگر هدایت می‌شود. او می‌گوید ممکن است ایده‌ی خوبی باشد که به دنبال مکان‌هایی بگردیم که امکان برخورد قطرات کوچک آب را فراهم می‌کنند.

مقاله در مجله‌‌ی ساینس ادونسز منتشر شده است.