اصطدمت جزيئات الطاقة الشمسية بجزيئات في الغلاف الجوي المبكر للأرض لتكوين اللبنات الأساسية التي من شأنها أن تتحد لاحقاً لتكوين الحياة.

والآن، عن طريق قصف نسخة طبق الأصل من الغلاف الجوي البدائي بجزيئات شمسية محاكية والبرق في المختبر، ابتكر الباحثون أحماض أمينية وأحماض كربوكسيلية - من المكونات الأساسية للبروتينات والحياة.

وكتب فريق بقيادة الكيميائي كينسي كوبياشي من جامعة يوكوهاما الوطنية في اليابان."أظهرنا، للمرة الأولى، بشكل تجريبي أن معدلات إنتاج الأحماض الأمينية والأحماض الكربوكسيلية في مخاليط الغاز غير المختزلة بسبب تشعيع البروتونات يمكن أن تتجاوز بشكل كبير معدلات إنتاج هذه الجزيئات عن طريق الأشعة الكونية المجرية وتصريفات الشرارة. يوفر هذا دليلا تجريبيا يدعم أهمية أحداث الجسيمات ذات الطاقة الشمسية في بدايات الشمس كمصادر للطاقة والتي كانت مطلوبة لتخليق الجزيئات المهمة بيولوجيا المترسبة والمتراكمة في بيئات جيولوجية مائية متنوعة في بدايات الأرض".

ولا نعرف لماذا بدأت الكيمياء المعقدة في التكاثر الذاتي منذ حوالي 4 مليارات سنة كما فعلت. لدينا فكرة تقريبية عن الأساسيات، لكن التفاصيل تثبت بعض الصعوبة في تجميعها معا.

لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن البرق قد يلعب دورا، حيث يتفاعل مع الجزيئات والحرارة والماء لتكوين الأحماض الأمينية، وهي الجزيئات الأساسية التي تُبنى عليها الحياة.

ويبدو أن التجارب تشير إلى أن هذا كان دقيقا. عندما تم دمج الغازات التي يعتقد أنها تشكل الغلاف الجوي المبكر للأرض واندفعت مع الشرر في عام 1953، تشكلت الأحماض الأمينية. وفي ذلك الوقت، كنا نظن أن الغلاف الجوي المبكر للأرض كان مليئا بكميات كبيرة من الميثان والأمونيا وبخار الماء والهيدروجين الجزيئي. وبالنظر إلى هذه الافتراضات، تميل التجارب إلى التركيز على مخاليط الغاز التي تتكون من هذه المواد.

ومع ذلك، أظهرت الأبحاث اللاحقة أن الغلاف الجوي للأرض لم يكن غنيا بالميثان والأمونيا بعد كل شيء. بدلا من ذلك، كانت تهيمن عليها الغازات الناتجة عن النشاط البركاني - ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين الجزيئي، مع كمية صغيرة فقط من الميثان. وأدت تجارب شرارة مماثلة أجريت على هذا الخليط إلى إنتاج غير فعال للغاية من الأحماض الأمينية.

ثم تم اقتراح أن تكون الأشعة الكونية المجرية متورطة. وأدت التجارب التي تحاكي هذه العملية إلى تشعيع الغلاف الجوي المبكر بالبروتونات، ما أدى إلى إنتاج أكثر ملاءمة للأحماض الأمينية. ولكن ما إذا كان تشعيع الأشعة الكونية المجرية كافيا خلال التطور المبكر للأرض لتوفير نوع الكيمياء اللازمة للحياة ظل محل نقاش.

وحدث اختراق منذ عدة سنوات في عام 2016 عندما قرر فريق بقيادة علماء الطاقة الشمسية فلاديمير إيرابيتيان من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا إلقاء نظرة فاحصة على الشمس. وهذا يبدو غير بديهي بعض الشيء. للوهلة الأولى، لا يبدو سلوك الشمس المبكر مناسبا لظروف الحياة. لم يكن الأمر غريب الأطوار فحسب، بل كان أكثر برودة.

وأظهر الباحثون أن غرابة الشمس يمكن أن تعوض عن برودة الشمس، حيث تغلق الأرض بكائنات فائقة السرعة يمكن أن تكون قد دفعت الأرض على الرغم من برودة الشمس، وأثارت تفاعلات كيميائية أنتجت جزيئات حيوية.

وصنع الفريق عدداً من مخاليط الغازات التي تحاكي الأجواء الافتراضية للأرض المبكرة، والتي تحتوي على النيتروجين الجزيئي وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والميثان بنسب مختلفة. وتم وضع هذه المخاليط في غرفة، حيث تم تعريضها إما لإشعاع البروتون، لتقليد تأثير التوهجات الشمسية، أو التفريغ الكهربائي، لمحاكاة البرق.

وكانت الآثار رائعة. ووجد الباحثون أن الخليط يحتاج إلى ما لا يقل عن 15% من الميثان للشرر لإنتاج الأحماض الأمينية، وهي كمية ليست صغيرة على الإطلاق. ومع ذلك، فإن جزيئات الطاقة الشمسية المحاكاة أنتجت أحماض أمينية وحمض الكربوكسيل بمزيج يحتوي على 0.5% فقط من الميثان.