Jorden var beroende av vissa sällsynta metaller för att liv skulle uppkomma.

 

Bild https://science.nasa.gov  Ovan visas en tidslinje över jordens historia under miljarder år. Den nya studien visar att livets utveckling använde molybden så långt tillbaka som för 3,3 till 3,7 miljarder år sedan, långt innan nivåerna av molybden i haven ökade till nutida nivåer. Andra händelser i jordens historia markeras i kontext ovan. NASA

NASA-finansierade forskare har upptäckt att livet på jorden för mer än 3 miljarder år sedan var beroende av metallen molybden vilken var otroligt sällsynt i miljön vid den tiden  På jorden idag finns mer men ändå inte i stor mängd (halten i jordskorpan är ca 14 ppm innebärande 14 miljondelar av denna). Molybden hjälper till att påskynda viktiga biokemiska reaktioner i celler. Metallen är en komponent i essentiella enzymer som driver flera stora biologiska reaktioner i organismer. Detta är inte bara viktigt för de enskilda organismerna utan även för biogeokemiska cykler, såsom kvävecykeln vilken påverkar hela vår planet. Utan molybden skulle dessa viktiga reaktioner fortfarande kunna ske i naturen men de skulle vara för långsamma för att upprätthålla liv.

"Molybden finns i det katalytiska centrumet för enzymer som driver stora kol-, kväve- och svavelreaktioner," beskriver Betül Kaçar, chef för Kaçar-laboratoriet vid University ofisconsin-Madison och huvudförfattare till studien (se nedan). Kaçar leder MUSE, ett NASA:s tvärvetenskapliga konsortia för astrobiologisk forskning (ICAR) vid UW-Madison.

"Att fråga när livet i sin linda började använda molybden är egentligen att fråga när några av de mest betydelsefulla metabola strategierna blev möjliga," beskriver Kaçar.

Molybden är nu relativt vanligt i miljön och dess knapphet är inte längre ett problem för livet. Men så var det inte alltid.

Geologiska bevis visar att endast spårmängder molybden fanns i jordens hav för miljarder år sedan. Nivåerna ökade ungefär samtidigt som mikroorganismer började använda fotosyntes, vilket så småningom ledde till en dramatisk ökning av mängden atmosfäriskt syre (för ca 2,45 miljarder år sedan). Detta är känt som den stora oxidationshändelsen och hade en djupgående effekt på livets evolution. En tidigare NASA-studie föreslog till och med att ökningen av molybden i miljön vid denna tid kan ha varit nödvändig för utvecklingen av komplext liv.

Men när började livet först använda molybden? På grund av dess knapphet på den forntida jorden har astrobiologer undrat om livet kunde ha börjat med att använda andra metaller för att påskynda vitala reaktioner. Wolfram, till exempel beter sig likadant i celler och används idag av vissa organismer som lever i extrema miljöer. Forskare har tidigare teoretiserat att livet kan ha använt volfram först och sedan utvecklats till att istället använda molybden när det blev mer tillgängligt. Men den nya studien visar att så inte nödvändigtvis var fallet.

Teamet samlade in tillgängliga data om molybdens förekomst genom tiden och rekonstruerade metallens användning längs livets grenar. De fann att även om molybden var sällsynt hittade uråldriga mikrober på jorden ändå ett sätt att använda det. Samma gäller för användningen av metallen volfram.

"Vårt arbete visar att både molybden- och volframanvändande enzymsystem har arkeiska rötter (att de fanns i jordens första eon) vilket tyder på att livets tidiga år sannolikt arbetade med båda metallerna snarare än att följa en enkel "wolfram först, molybden senare"-historia," beskriver Kaçar. "Vi hävdar att användningen av molybden är mycket äldre än många modeller antog med molekylär datering som placerar användningen av molybden tillbaka i eoarkeum till mesoarkeen, ungefär för 3,7–3,1 miljarder år sedan, långt före den stora oxidationshändelsen."

 Tidigare arbete från MUSE ICAR, publicerat 2024, identifierade vissa nischer där tidigt liv kan ha funnit förråd av molybden och andra sällsynta metaller djupt under havet. Hydrotermala ventiler på havsbotten ger spårmetaller inklusive järn, zink, koppar, nickel, mangan, vanadin, molybden, kobolt och volfram.

"Även om arkeiskt havsvatten innehöll lite löst molybden totalt sett skulle lokala system som hydrotermala källor ändå kunna ha levererat användbara mängder molybden och andra metaller," beskriver Kaçar.

Den nya studien visar att, även bland en mängd andra användbara metaller, var molybden på något sätt ett av livets första val som metallkatalysator.

"Molybden kan ha varit värt att "välja" eftersom det möjliggör katalys över ett brett spektrum av substrat och redoxförhållanden," beskriver Kaçar. "Med andra ord gjorde knapphet inte molybden oviktig dess katalytiska fördelar kan ha gjort det värt att utveckla sätt att skaffa och använda."

Studien visar hur liv kan hitta ett sätt att använda grundämnen i miljön, även om de är sällsynta, och påminner oss om att vi i jakten på liv bortom jorden måste vara förberedda på möjligheter vi ännu inte har övervägt. Studien publicerades nyligen i Nature Communications. 

Forskare arbetar med att ta fram raketer som drivs av alla slag av metaller.

 

Bild https://commons.wikimedia.org/  cigarrformat UFO.

Forskare har börjat testa bränsle till raketer som lovar betydligt snabbare hastighet än som är möjligt i dag.

Det är astroingenjörer från University of Southampton som nu testar ett nytt framdrivningssystem som kan driva rymdskepp med hjälp av vilken typ av metall som helst som bränsle.

De säger att detta innebär att farkoster utrustade med denna teknik skulle kunna flyga hur länge som helst genom att fylla på tankarna med mineraler som skördas från asteroider eller avlägsna månar.

Den ledande forskaren Dr Minkwan Kim, från University of Southampton, har fått i uppdrag att testa framdrivningssystemet i laboratoriemiljö för att mäta dess kraft. Han beskriver att tekniken kan hjälpa rymdskepp och sonder att resa till regioner i universum som tidigare ansetts oåtkomliga.

Dr Kim tillade: "Rymdfarkoster i dag har begränsade mängder bränsle på grund av de enorma kostnader och den energi som krävs för att skjuta upp dem i rymden. Men de här nya raketerna kan drivas av vilken metall som helst som kan brinna, till exempel järn, aluminium eller koppar.

"När rymdfarkosten väl är klar kan den landa på en komet eller måne, som är rik på smältbara mineral och skörda vad den behöver innan den ger sig iväg med en full tank.

Forskare från Southampton arbetar tillsammans med det brittiska rymdföretaget Magdrive på framdrivningssystemets förverkligande. Potentialen hos tekniken, som kallas Super Magdrive, är så stor att den nyligen fick 1 miljon pund av den brittiska regeringen för att förverkligas.

Dr Kim beskriver det som att "Systemet kan hjälpa oss att utforska nya planeter, söka efter nytt liv och ta oss dit ingen människa har varit förut – vilket möjliggör oändliga upptäckter."

Tiden och avståndet kan bli ett problem då stjärnfärder tar tusentals år. Farkosten kan kanske styra mot stjärnorna men när den väl kommer fram kanske Jorden sedan länge kollapsat till en död planet eller mänskligheten krigat sig ner till grottmänniskastadiet. Farkosterna bör enligt mig istället koncentreras på att undersöka asteroidbältets objekt och även Kuiperbältet.

En ung galax innehållande en mängd av metaller.

 

Astrofysiker som arbetat med JWST(James Webb teleskopet) har hittat en överraskande mängd metall i en ung galax bara 350 miljoner år efter Big Bang.

Ursprunget till universums första metaller är en grundläggande fråga inom astrofysiken. Strax efter Big Bang bestod universum nästan helt av väte det enklaste av grundämnena. Det fanns även lite helium, något litium och möjligen en oändligt liten mängd beryllium. I grundämnenas periodiska system är dessa de fyra första.

Inom astronofysiken kallas alla grundämnen tyngre än väte och helium för metaller. Metaller produceras i stjärnor och ingen annanstans (förutom den lilla mängd som producerades vid Big Bang). Att spåra bildandet av universums metaller från Big Bang till idag är ett av astrofysikens grundläggande strävanden.

Ett forskarlag som arbetar med JADES-observationer (Advanced Deep Extragalactic Survey) upptäckte att galaxen innehåller kol. Eventuellt även syre och neon alla klassade som metaller inom astrofysiken. Resultaten presenterades i en  artikel med titeln "JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-rich galaxy". Huvudförfattare är Francesco D'Eugenio, postdoktoral astrofysiker vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge.

De första stjärnorna som bildades i universum kallas Population III-stjärnor (stjärnor uppbyggda helt utan metaller) . De är de äldsta stjärnorna och de var massiva, lysande och heta, och innehöll nästan ingen metall. Den lilla mängd metaller de innehöll kom från de första supernovorna.

Mycket av vår kunskap om Population III-stjärnor är teoretisk eftersom dessa uråldriga stjärnor, i sina uråldriga galaxer, är extremt svåra att observera. Men JWST (Webbteleskopet) är dock kapabel till det. Teleskopet kan inte urskilja enskilda stjärnor, men dess kraftfulla instrument NIRSpec kan upptäcka olika grundämnen i galaxer med hjälp av dess avslöjande ljussignaturer.

Är det verkligen kol i stjärnorna i denna avlägsna, uråldriga galax eller kan det vara något annat som upptäckts? Den uråldriga galaxen har mer än bara stjärnor. Här finns även ett supermassivt svart hål (SMBH). När en SMBH livnär sig på materia kan den blossa upp starkt som en aktiv galaxkärna (AGN. (Asymptotic Giant Branch)) Den ljussignalen kan vara vad JWST ser.

Det finns en annan potentiell källa till kol i galaxer. De är AGB-stjärnor – asymptotiska jättestjärnor. AGB-stjärnor är inte stora explosiva stjärnor som supernovornas föregångare är utan stora stjärnor som har lämnat huvudserien. Jämfört med supernovor som producerar mycket tunga metaller producerar AGB-stjärnor bara lite metaller.

Men det tar lång tid för en stjärna att utvecklas till en AGB-stjärna. När universum bara var 350 miljoner år gammalt hade inga stjärnor funnits tillräckligt länge för att bli AGB stjärnor. AGB-stjärnor kan inte bidra till kolanrikning under dessa tidiga epoker, skriver författarna.

Forskarna rapporterar att kol har upptäckts men kan inte säga exakt var det kommer ifrån. De kan vara arvet från den första generationen supernovor från Population III:s förfäder", skriver de.  Trots all observationstid kan forskarna bara komma fram till preliminära förklaringar till de metaller de upptäckt. Det är inte särskilt praktiskt att använda hela 65 timmars JWST-tid för att studera galaxspektroskopi, men det är vad JWST behöver göra för att få en exakt spektroskopi. Vi får se om denna tid ges i Webbteleskopets agenda där lång tid framåt är fulltecknat.

Bild pxhere.com