Yaşamın Başladığı O Kusursuz An: Bilim İnsanları 4,33 Milyar Yıl Önceki “Altın Çağı” Nasıl Belirledi?
Araştırmacılar, Dünya’nın bir milyar yıllık tarihini simüle ederek, yaklaşık 4,33 milyar yıl önce yaşamın en eski kimyasına ilişkin olası bir pencere belirlediler.
İlk birkaç yüz milyon yılında Dünya düşmanca bir hedefti. Asteroitler, kuyruklu yıldızlar ve gezegen oluşumundan arta kalan küçük cisimler, gezegene amansız bir darbe indirerek, sığ kabuğu sterilize edebilecek ve yaşamınyaşamın kimyasal öncülerini yok edebilecek yoğun ısı ürettiler.
Biyolojik sistemlerin kök salması için, hassas moleküllerin oluşması, bozulmadan kalması ve etkileşime girmesi uzun sürelere ihtiyaç duyuyordu. Araştırmacılar, DNA’nın modern genetik rolünü üstlenmesinden önce biyolojik tarihte öne sürülen erken bir aşama olan RNA Dünyası için bu istikrarın ne zaman ortaya çıktığını bulmakla özellikle ilgileniyorlar. RNA, genetik bilgiyi tutabildiği ve replikasyon için gereken kimyasal işlerin bir kısmını gerçekleştirebildiği için, bilim insanları onun erken dönem biyolojik sistem için önde gelen aday olduğunu düşünüyor.
Nature Communications’da yayınlanan üç boyutlu bir bilgisayar modeli, gezegenin sonunda bu kırılgan molekülleri destekleyecek kadar nasıl yerleştiğinin izini sürüyor. Araştırmacılar, 4,5 ila 3,5 milyar yıl önce çarpmaların kabuğu nasıl ısıttığını simüle ederek, küresel kısırlaştırma olaylarının yaklaşık 4,4 milyar yıl öncesine kadar devam ettiğini buldu.
Yoğun bombardıman azaldıkça Erken Dünya soğuyor. Araştırmacıların 3 boyutlu modelinden alınan bu anlık görüntüler, yer kabuğunun en üstteki 140 kilometrelik kesitlerini temsil ediyor ve yaklaşık 4,49, 4,45, 4,40 ve 4,30 milyar yıl önceki çarpışmaların termal etkilerini gösteriyor. Renkler yüzeyin yaklaşık 4 kilometre altındaki modellenmiş sıcaklıkları temsil ederken, daireler çarpma kraterlerini işaret ediyor. Bombardıman azaldıkça darbeye bağlı ısınma çok daha az yaygınlaştı. Katkıda bulunanlar: Abramov ve diğerleri, Nature Communications.
Darbe ısısı erken kimyayı besleyebilir
Kırılgan molekülleri tehdit eden aynı etkiler aynı zamanda yaşamdan önceki kimyanın gelişebileceği ortamlar da yaratabilir. Sıcak, kırıklı kayanın içinden akan su, su, ısı ve kimyasal enerji kaynaklarını bir araya getirerek hidrotermal bir sistem oluşturabilir. Bilim adamları uzun süredir bu ortamların yaşamdan önce gerçekleşen reaksiyonlar için olası ortamlar olduğunu düşünüyorlardı.
Araştırmacılar bu ilişkinin her iki tarafını da incelediler; simüle edilmiş kabuk sıcaklıklarını RNA ve yaşam için önemli olan diğer moleküllerin sabit kaldığı sınırlarla karşılaştırırken aynı zamanda hidrotermal ortamların etkilerini de izlediler.
Araştırmayı yöneten Gezegen Bilimi Enstitüsü’nden kıdemli bilim insanı Oleg Abramov, “Jeokimyasal modellemeye, biyomoleküler analizlere ve erken atmosferik kimya modellerine dayanan önceki çalışmalardan farklı bir yaklaşım kullandık” dedi.
Yaklaşık 4,4 milyar yıl öncesinden sonra istikrarlı ortamlar varlığını sürdürmeye başlıyor. Bu panel, belirli bir zamanda sıcaklığı 110°C’nin altında olan sığ kabuk kısımlarını (mavi), soğuduktan sonra bir daha asla bu sıcaklığı aşmayan bölgeleri (turuncu) karşılaştırır. Bu “hiçbir zaman sterilize edilmemiş” ortamlar, yaklaşık 4,4 milyar yıl öncesinden itibaren ortaya çıkmaya başlıyor ve çarpma bombardımanı azaldıkça genişliyor. Katkıda bulunanlar: Abramov ve diğerleri, Nature Communications
Ekip, modellenen dönemde Dünya’ya ne kadar malzemenin çarptığı konusunda farklı tahminleri test etti. Bombardımanı sınırlamak için kullanılan kanıtlar, demirle kolayca ilişkilendirilen yüksek derecede siderofil elementleri içeriyordu.
“Ay’daki krater kayıtları ve üst mantodaki yüksek oranda siderofil elementler gibi gözlemlenebilir verilerle kısıtlanan bir çarpma bombardımanı modeli oluşturduk. Hem önemli biyomoleküllerin sıcaklığın neden olduğu bozunması gibi çarpmaların zararlı etkilerini, hem de hidrotermal sistemlerin oluşması gibi hayata yardımcı olan etkileri inceledik. Bu kriterler, Dünya’nın 4,4 ila 4,3 milyar yıl önce yaşamın erken bir aşaması için uygun hale geldiğini ve optimal koşulların yaklaşık olarak yaklaşık 4,4 ila 4,3 milyar yıl önce uygun hale geldiğini gösteriyor. 4,33 milyar yıl önce.”
RNA’nın bombardımandan sağ çıkabileceği yer
Bu tahmin, yaşamın gerçekte ne zaman başladığını belirlemekten ziyade, yaşamın kökeniyle ilgili kimyaya uygun koşullarla ilgilidir. Yaklaşık 4,3 milyar yıl önce yapılan simülasyonlar, özellikle çarpmaların oluşturduğu birbirine bağlı hidrotermal sistem gruplarının bol olduğunu gösteriyordu. Bu aktivite, bombardıman azaldıkça moleküllerin hayatta kalabileceği sığ kabukta daha dayanıklı ortamların ortaya çıkmasıyla örtüştü.
Abramov, “Prebiyotik kimyanın, yalnızca darbeler arasında kısa bir soğuk aralığa değil, sürekli sabit sıcaklıklara ihtiyacı var” dedi. “Yaklaşık 4,4 milyar yıl önce, prebiyotik kimya için yeterince soğumuş bir bölge, daha sonraki bir darbeyle hâlâ ısıtılabiliyordu, bu nedenle saat sürekli olarak sıfırlanıyordu. Hiçbir zaman sterilize edilmemiş hacimler ortaya çıktığında, sığ kabuğun bazı kısımları o andan itibaren sıcaklık eşiğinin altında kalıyor.”
Bu “asla sterilize edilmemiş” bölgeler, çarpmaların sıklığı azaldıkça genişledi. 4,25 milyar yıl önce, modellenen kabuk hacminin yarısından fazlasını oluşturuyorlardı.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Yaşamın Başlangıcındaki Gizli Kod: Bebeklik Hücreleri Yaşlılığı Nasıl Şekillendiriyor?