Aprile 16, 2024

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Come un sole tempestoso avrebbe potuto dare inizio alla vita sulla Terra

Come un sole tempestoso avrebbe potuto dare inizio alla vita sulla Terra

Uno studio recente indica che gli ingredienti di base per la vita sulla Terra potrebbero aver avuto origine da eruzioni solari. La ricerca ha mostrato che la collisione delle molecole del sole con i gas nell’atmosfera primordiale della Terra potrebbe produrre amminoacidi e acidi carbossilici, che sono i mattoni per le proteine ​​e la vita organica. Utilizzando i dati della missione Kepler della NASA, i ricercatori hanno suggerito che, durante la sua prima fase di superflare, le particelle energetiche del sole interagirebbero regolarmente con la nostra atmosfera, innescando reazioni chimiche fondamentali. Le iterazioni sperimentali hanno indicato che le molecole del sole sembrano essere una fonte di energia più efficiente dei fulmini per la sintesi di amminoacidi e acidi carbossilici. Credito: NASA/Goddard Space Flight Center

Un nuovo studio postula che i primi elementi costitutivi della vita sulla Terra, vale a dire[{” attribute=””>amino acids and carboxylic acids, may have been formed due to solar eruptions. The research suggests that energetic particles from the sun during its early stages, colliding with Earth’s primitive atmosphere, could have efficiently catalyzed essential chemical reactions, thus challenging the traditional “warm little pond” theory.

The first building blocks of life on Earth may have formed thanks to eruptions from our Sun, a new study finds.

A series of chemical experiments show how solar particles, colliding with gases in Earth’s early atmosphere, can form amino acids and carboxylic acids, the basic building blocks of proteins and organic life. The findings were published in the journal Life.

To understand the origins of life, many scientists try to explain how amino acids, the raw materials from which proteins and all cellular life, were formed. The best-known proposal originated in the late 1800s as scientists speculated that life might have begun in a “warm little pond”: A soup of chemicals, energized by lightning, heat, and other energy sources, that could mix together in concentrated amounts to form organic molecules.

Early Earth Astrobiology Artist Concept

Artist’s concept of Early Earth. Credit: NASA

In 1953, Stanley Miller of the University of Chicago tried to recreate these primordial conditions in the lab. Miller filled a closed chamber with methane, ammonia, water, and molecular hydrogen – gases thought to be prevalent in Earth’s early atmosphere – and repeatedly ignited an electrical spark to simulate lightning. A week later, Miller and his graduate advisor Harold Urey analyzed the chamber’s contents and found that 20 different amino acids had formed.

“That was a big revelation,” said Vladimir Airapetian, a stellar astrophysicist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and coauthor of the new paper. “From the basic components of early Earth’s atmosphere, you can synthesize these complex organic molecules.”

But the last 70 years have complicated this interpretation. Scientists now believe ammonia (NH3) and methane (CH4) were far less abundant; instead, Earth’s air was filled with carbon dioxide (CO2) and molecular nitrogen (N2), which require more energy to break down. These gases can still yield amino acids, but in greatly reduced quantities.

Seeking alternative energy sources, some scientists pointed to shockwaves from incoming meteors. Others cited solar ultraviolet radiation. Airapetian, using data from NASA’s Kepler mission, pointed to a new idea: energetic particles from our Sun.

Kepler observed far-off stars at different stages in their lifecycle, but its data provides hints about our Sun’s past. In 2016, Airapetian published a study suggesting that during Earth’s first 100 million years, the Sun was about 30% dimmer. But solar “superflares” – powerful eruptions we only see once every 100 years or so today – would have erupted once every 3-10 days. These superflares launch near-light speed particles that would regularly collide with our atmosphere, kickstarting chemical reactions.


L’energia del nostro giovane Sole 4 miliardi di anni fa ha contribuito a creare molecole nell’atmosfera terrestre che hanno permesso loro di riscaldarsi abbastanza da ospitare la vita. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jenna Duberstein

“Non appena ho pubblicato quel documento, un team della Yokohama National University mi ha contattato dal Giappone”, ha detto Airapetian.

Il dottor Kobayashi, professore di chimica lì, aveva passato gli ultimi 30 anni a studiare la chimica dei prebiotici. Stava cercando di capire come i raggi cosmici galattici – particelle provenienti dall’esterno del nostro sistema solare – avrebbero potuto influenzare l’atmosfera della Terra primordiale. “I raggi cosmici galattici sono ignorati dalla maggior parte dei ricercatori perché richiedono attrezzature specializzate, come gli acceleratori di particelle”, ha detto Kobayashi. “Ho avuto la fortuna di avere accesso a molti di loro vicino alle nostre strutture.” Piccole modifiche alla configurazione sperimentale di Kobayashi potrebbero testare le idee di Airapetian.

Airapetian e Kobayashi ei loro collaboratori hanno creato una miscela di gas che corrisponde all’atmosfera della Terra primordiale così come la intendiamo oggi. Hanno raccolto anidride carbonica, azoto molecolare, acqua e una quantità variabile di metano. (La proporzione di metano nell’atmosfera della Terra primordiale è incerta ma ritenuta bassa.) Hanno sparato alla miscela di gas con protoni (simulando particelle solari) o l’hanno accesa con una scarica di scintille (simulando un fulmine), ripetendo l’esperimento Miller-Urey per confronto.

Finché il contenuto di metano era superiore allo 0,5%, le miscele rilasciate dai protoni (le particelle di energia solare) producevano quantità rilevabili di amminoacidi e acidi carbossilici. Ma le scariche di scintille (fulmini) richiedono una concentrazione di metano di circa il 15% prima che si possano formare degli amminoacidi.

“Anche quando è presente il 15% di metano, il tasso di produzione di aminoacidi da parte dei fulmini è un milione di volte inferiore alla produzione di protoni”, ha aggiunto Airapetian. I protoni tendono anche a produrre più acidi carbossilici (fornitori di amminoacidi) rispetto a quelli accesi dalla scarica di scintille.

Primo piano dell'eruzione solare

Primo piano di un’eruzione vulcanica solare, tra cui un brillamento solare, un’espulsione di massa coronale e un evento di espulsione di massa solare. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA

A parità di condizioni, le particelle solari sembrano essere una fonte di energia più efficiente dei fulmini. Tutto il resto probabilmente non era uguale, suggerì Airapetian. Miller e Urey hanno ipotizzato che i fulmini fossero comuni ai tempi del “piccolo stagno caldo” come lo sono oggi. Ma i fulmini, che provengono da nuvole temporalesche formate dall’aria calda in aumento, sarebbero stati circa il 30% più rari sotto la luce solare fioca.

“Durante le condizioni fredde, non si hanno mai fulmini e la Terra primordiale era sotto un sole molto debole”, ha detto Airapetian. “Ciò non significa che non possa provenire da un fulmine, ma il fulmine sembra meno probabile ora e le particelle solari sembrano più probabili.”

Questi esperimenti suggeriscono che il nostro giovane ed energico Sole potrebbe aver indotto i precursori della vita più facilmente, e forse prima, di quanto ipotizzato in precedenza.

Riferimento: “Formazione di aminoacidi e acidi carbossilici nella debole riduzione delle atmosfere planetarie da parte delle particelle solari del giovane sole” di Kensei Kobayashi Jun-ichi Ise, Ryuhei Aoki, Mei Kinoshita, Koki Naito, Takumi Udo, Bhagawati Konivore Takahashi, Hiromi Shibata, Hajime Mita, Hitoshi Fukuda, Yoshiyuki Oguri Kimitaka Kawamura, Yoko Kibukawa e Vladimir S. Irpetian, 28 aprile 2023 Disponibile qui. vita.
DOI: 10.3390/life13051103

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