Vi förstår mer och mer om jordens tidigaste livsformer

 

I många studier har undersökts tecken på tidigt liv som bevarats i  bergarter. Men den här studien väver samman dessa data med genomiska studier av moderna organismer och nya genombrott om den utvecklande kemin i de tidiga haven, atmosfären och kontinenterna.

Studien beskriver hur jordens tidigaste livsformer – mikrober som O2-producerande bakterier och metanproducerande arkéer – formade och formades ur förändringar i haven, kontinenterna och atmosfären.

"Det centrala budskapet är att du inte kan se någon del av dokumentationen isolerat", beskriver Timothy Lyons, en UCR(University of California, Riverside) -framstående professor i biogeokemi och medförfattare till studien. Studien samlade experter inom biologi, geologi, geokemi och genomik och beskriver resan för jordens tidiga livsformer från deras första framträdande till deras uppgång till ekologiskt framträdande. I takt med att mikroberna ökade i antal började de påverka sin omvärld, bland annat genom att börja producera syre via fotosyntesen.

Resultaten inom varje område "överensstämmer ofta på anmärkningsvärda sätt", enligt Christopher Tino, UCR-doktorand under forskningstiden och huvudförfattare till studien som numera är postdoktor vid University of Calgary.

Specifikt visas i studien hur mikrobiellt liv konsumerade, omvandlade och spridde viktiga näringsämnen som innehåller kväve, järn, mangan, svavel och metan över hela jorden. Dessa biologiska händelser utvecklades och jordens yta förändrades dramatiskt tillsammans med och ibland på grund av nytt liv.

Kontinenter växte fram, solen blev ljusare och världen blev rik på syre Eftersom utvecklingen av nya biologiska vägar påverkade dessa grundämnescykler uppkom nya tidiga livsformer vilka påverkade och reagerade på miljön och utvecklade ekologiska fotavtryck i global skala.

Stenar som är miljarder år gamla saknar ofta de synliga fossiler som behövs för att berätta hela historien. Den här studien inkorporerade kemin hos dessa stenar och genomet hos levande släktingar för att bilda en heltäckande bild av forntida livsformer.

"I huvudsak beskriver vi jordens första tid utifrån mikrober som kunde förändra den globala miljön", beskriver Lyons, chef för Alternative Earths Astrobiology Center in the Department of Earth and Planetary Sciences. "Du måste förstå hela bilden för att fullt ut förstå vilka, vad, när och var mikrober utvecklades från att bara existera till att få en betydande effekt på miljön."

Många forskare har antagit att när en livsform väl dök upp på jorden blev den snabbt produktiv. Bara genom att sammanföra årtionden av forskning över discipliner, som Lyons, Tino och deras kollegor gjorde i denna artikel, kan forskare se skillnaden mellan blotta närvaron kontra dominansen av vissa mikrober. Ofta tog det hundratals miljoner år att utvecklas från en första existens till en framträdande plats.

"Mikrober som till en början hankade sig fram i trånga nischer i miljön skulle över tid bli stora populationer", beskriver Lyons.

Men studien besvarar likväl föga överraskande inte den eviga frågan. Var vi kommer från?

Studien kan även vara till hjälp i sökandet efter liv på andra planeter. – Om vi någonsin ska hitta bevis för liv bortom jorden kommer det med stor sannolikhet att baseras på processer och produkter från mikroorganismer, som metan och O2",beskriver Tino.

"Vi motiveras av att tjäna NASA i deras uppdrag", noterade Lyons, "särskilt för att hjälpa till med att förstå hur exoplaneter kan upprätthålla liv."

Studien som nyligen publicerades i tidskriften Nature Reviews Microbiology.  Utöver Lyons och Tino deltog i detta arbete   Gregory P. Fournier, Massachusetts Institute of Technology; Rika E. Anderson, University of Washington och Carleton College; William D. Leavitt, Dartmouth College; Kurt O. Konhauser, University of Alberta; och Eva E. Stüeken, University of Washington och University of St. Andrews.

Bild vikipedia. Stenar längs Saldasjöns strandlinje i Turkiet har med tiden bildats av mikrober som fångar mineraler i vattnet. Dessa mikrobialiter (Mikrobialit är en bentisk sedimentär avlagring gjord av karbonatlera (partikeldiameter < 5 μm) som bildas med förmedling av mikrober. ) var en gång i tiden en viktig del av livet på jorden. (NASA/JPL-Caltech)

Liv på exoplaneter behöver inte baseras på vatten

 

Det finns många potentiellt beboeliga världar i kosmos vilket innebär att universum kan vara hem för en mångfald av livsformer . Men detta liv behöver inte vara uppbyggda av vatten och kol som jordens. Varelser kan istället vara uppbyggda  av kisel  för kol eller vara livsformer som andas väte i stället för syre. Men oavsett hur märkligt och förunderligt utomjordiskt liv kan vara styrs det fortfarande av samma slags kemi som livet på jorden vilket betyder att det behöver ett kemiskt lösningsmedel.

På jorden är detta lösningsmedel vatten (H2O). Vatten löser upp vissa molekyler vilket ger organismer tillgång till en rad olika koncentrationer. Vätska gör att det  lätt för komplexa molekyler att blandas och interagera. Liv på jorden är inte möjligt utan vatten som lösningsmedel- och dess vätskeegenskaper  eftersom vatten är en vanlig molekyl i universum är dess centrala roll för liv troligen vanlig. Men om utomjordiskt liv kan uppstå på avlägsna världar utan vatten är frågan som studeras i en nyligen publicerad artikel i arXiv.

Författarna (William Bains, Janusz J. Petkowski, Sara Seager) diskuterar i artikeln " Alternative solvents for life: framework for evaluation, current status and future research" att det måste kunna lösa upp vissa molekyler men inte alla; det måste kunna spela en roll i metabolismen i levande varelser; ett brett spektrum av komplexa organiska molekyler och måste kunna bestå  i lösningsmedlet och det måste allmänt ha existerat på steniga världar i miljarder år. Av alla kända vanliga lösningsmedel är det bara vatten som tydligt uppfyller alla fyra villkoren. Ammoniak (NH4) däremot uppfyller de tre första, men det är osannolikt att det uppfyller det fjärde villkoret eftersom det lätt bryts ner när det utsätts för ultraviolett ljus och där ammoniak sannolikast kan finnas är det troligt att även vatten finns. Så även om ammoniak kan spela en roll i livet på andra världar är det inte troligt att det är det huvudsakliga lösningsmedlet. Men det finns två medel som kan ersätta vattnet.

Den första är koncentrerad svavelsyra (H2SÅ4). Även om det är extremt farligt för livet på jorden, uppfyller svavelsyra tre huvudvillkor. Vad som inte är känt är om en mångfald av organiska molekyler kan existera inom detta. Liksom vatten kan det ge joner för utbyte av elektrisk laddning och det kan delta i interaktionerna mellan vissa föreningar såsom aromatiska molekyler. Men det finns en molekyl som kommer ännu närmare ersättningen av vatten: koldioxid (CO2).

Koldioxid är ganska vanligt. Atmosfärerna på både Mars och Venus består till största delen av koldioxid2 och det är troligt att de flesta steniga exoplaneter är rika på koldioxid. Det är inte ett lösningsmedel i gasform så liv på varma planeter som jorden är inte beroende av det. Men mer avlägsna exoplaneter som en kall Venus (vår Venus är het) kan vara det. Flytande CO2 är geologiskt stabil och tolererar ett brett spektrum av organiska molekyler. Vad som inte är känt är om dess lösningsmedelsegenskaper är lämpliga för komplex metabolism. CO2 är ett mycket godartat lösningsmedel, men det kanske inte rör om i den kemiska grytan tillräckligt mycket för att liv ska uppstå i den.

Men eftersom det fungerar bra tillsammans med olika typer av molekyler kan grunden för liv inte alltid ses som omöjligt utan vatten. Författarna av artikeln drar slutsatsen att detta är något som är värt att studera vidare.

Bild https://www.deviantart.com/

Kan liv finnas på atomkärnors ytor inte att förväxlas med atomer där vi själva lever.

 

Vi vet att jordliknande planeter är vanliga och även de byggstenar som krävs för liv som vi känner det baserat på kol och syre. Men vi har inte hittat bevis för livsformer utanför jorden.

Kanske problemet är att vi söker efter livsformer uppbyggda som de vi känner till från jorden. Men det är möjligt att främmande liv (om det finns) är så radikalt annorlunda det på jorden att vi missar det även om vi kanske kan ha det mitt framför oss. Alternativt inte söker på rätt platser med rätt utrustning för att upptäcka det.

Kanske Saturnus måne Titan har ett kvävebaserat liv där metan ersätter vattnets roll på jorden. Kanske kisel fungerar som ersättning för kolbaserat liv på någon plats.

Kan organismer vara beroende av sand (kisel) istället för kol som jordens liv är beroende av? Kan organiskt liv överleva i rymdens kalla djup eller på isiga kometer i Oorts moln? Ingen vet.

Författare av science fiction har ibland presenterat fantastiska idéer om liv i universum. På 1980-talet föreslog författaren Robert L. Forward en form av liv som inte fanns på atomer utan på atomkärnor. I Dragon's Egg, beskrev han en art som kallas cheela, som levde på ytan av en neutronstjärna. Eftersom nukleära interaktioner sker i en mycket snabbare takt än atomkemi förändras cheela civilisationen utvecklingsmässigt från enkla verktygsanvändade till avancerad teknik under loppet av en månad.

Jag (min anm.) anser dock ej att vi ska se det som att vi människor tog lång tid på oss att utvecklas från stenålder till vår digitala tidsålder. Något som försinkade utvecklingen redan vid en möjlig industrialisering redan vid pyramidernas tid eller greklands blomstringstid för 2500 år sedan var människans bekvämlighet. I form av att slavar var billigare än att uppfinna och tillverka maskiner. Därefter kom religionen som effektivt stoppade människans nya idéer tänk bara på hur idén om att jorden snurrade runt solen gav dödsstraff för en del.

 Trolldom ansågs ligga bakom det man inte förstod. Uppfinningar var därför farliga att försöka förmedla till mänskligheten. Så människans inneboende dumhet ligger bakom att det först nu gått snabbt att ta fram ny teknik att använda. Men ännu idag finns motarbete i form av inre problem som kriminalitet som kan förstöra och diktatorer som stoppar utveckling tillsammans med korruption och pengagalenhet, individualism och egosim.

 

I romanen ovan upptäcks cheela först när människor undersöker en neutronstjärna på nära håll. Cheela civilisation kunde inte upptäckas ljusår bort. Nyligen tittade ett forskarteam närmare på denna idé. Deras rapport är vild och spekulativ men det är en intressant idé de lägger fram. I stället för att förlita sig på rena nukleära interaktioner för att spela rollen av DNA föreslår teamet kosmiska strängar och magnetiska monopol. Kosmiska strängar är hypotetiska sprickor som kan ha bildats då det tidiga universum genomgick en fasövergång vid skapandet av materia. Magnetiska monopol är partiklar som bara har en magnetisk pol (nord eller syd) istället för magnetiska partiklar som har både en syd och en nordpol. Även om det inte finns några bevis för att något av detta finns visar teoretiskt arbete att det är möjligt att det finns. För att se rapporten i sin helhet se här 

Bild från vikimedia.org där en Konstnärs intryck visar två små men mycket täta neutronstjärnor vid den punkt där de går samman och exploderar som en kilonova  En sådan mycket sällsynt händelse förväntas ge både gravitationsvågor och en kort gammablixt, som båda observerades den 17 augusti 2017 av observatorierna LIGO–Virgo respektive Fermi/INTEGRAL. Efterföljande detaljerade observationer med många ESO-teleskop bekräftade att denna händelse i galaxen NGC 4993 cirka 130 miljoner ljusår från jorden är en kilonova. Sådana objekt är den huvudsakliga källan till mycket tunga kemiska element såsom guld och platina.