Ilmuwan Cambridge mengungkap teori baru tentang asal usul bahan penyusun kehidupan

Para peneliti di Universitas Cambridge telah mengidentifikasi proses yang disebut grafitisasi, yang menurut teori mereka dapat menghasilkan molekul penting untuk membangun kehidupan seperti protein, fosfolipid, dan nukleotida di awal Bumi. Proses ini, yang disoroti dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Life, menunjukkan bahwa suhu tinggi akibat pengaruh langit dan interaksi dengan besi dan air dapat memperlancar lingkungan kimia, sehingga mendukung pembentukan komponen-komponen yang diperlukan untuk kehidupan.

Para peneliti di Universitas Cambridge berpendapat bahwa molekul penting bagi evolusi kehidupan mungkin muncul dari proses yang disebut grafitisasi. Jika hal ini dikonfirmasi melalui eksperimen laboratorium, maka kita dapat melakukan simulasi kondisi yang mungkin memunculkan kehidupan.

Bagaimana bahan kimia yang dibutuhkan untuk kehidupan bisa sampai ke sana?

Bagaimana kondisi kehidupan yang tampaknya kebetulan muncul di alam telah lama diperdebatkan, dan banyak hipotesis menemui jalan buntu. Namun, para peneliti di Universitas Cambridge kini telah memodelkan bagaimana kondisi ini terjadi, menghasilkan komponen-komponen yang diperlukan untuk kehidupan dalam jumlah besar.

Kehidupan diatur oleh molekul yang disebut protein, fosfolipid, dan nukleotida. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa molekul bermanfaat yang mengandung nitrogen seperti nitril – Sianoasetilen(HC3N) dan Hidrogen sianida(HCN) – dan isonitril – Isosianida(HNC) dan Metil isosianida(CH3NC) – Dapat digunakan untuk membuat elemen penting dalam kehidupan. Sejauh ini, belum ada cara yang jelas untuk membuat semua hal ini dalam lingkungan yang sama dalam jumlah besar.

Dalam sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di kehidupanKelompok tersebut kini menemukan bahwa, melalui proses yang dikenal sebagai grafit, sejumlah besar molekul bermanfaat ini secara teoritis dapat disintesis. Jika model tersebut dapat diverifikasi secara eksperimental, hal ini menunjukkan bahwa proses tersebut kemungkinan merupakan langkah awal Bumi dalam perjalanannya menuju kehidupan.

Mengapa proses ini lebih mungkin terjadi dibandingkan proses lainnya?

Masalah terbesar dengan model sebelumnya adalah sejumlah produk lain dibuat bersamaan dengan nitril. Hal ini menciptakan sistem kacau yang menghambat terbentuknya kehidupan.

“Sebagian besar kehidupan adalah kesederhanaan,” kata Dr. Paul Rimmer, asisten profesor astrofisika eksperimental di Laboratorium Cavendish dan salah satu penulis penelitian tersebut. “Itu sistemnya.” Kami telah menemukan cara untuk menghilangkan beberapa kompleksitas dengan mengendalikan apa yang bisa terjadi dalam kimia.

Kita tidak mengharapkan kehidupan dihasilkan dalam lingkungan yang kacau. Jadi, yang menakjubkan adalah bagaimana grafit sendiri membersihkan lingkungan, karena prosesnya hanya menghasilkan nitril dan isonitril, dengan sebagian besar produk sampingan inert.

Representasi skematis dari skenario yang kami usulkan di sini untuk produksi bahan baku prebiotik yang bersih dan menghasilkan hasil tinggi. Peristiwa bergerak searah jarum jam dari kiri atas: Pertama, Bumi mempunyai atmosfer netral. Hal ini berkurang setelah tumbukan raksasa 4,3 G dengan mengoksidasi inti logam penumbuk untuk menghasilkan hidrogen dalam jumlah besar.₂ Suasana dengan sejumlah besar metana dan amonia. Atmosfer ini mendingin dengan cepat (dalam waktu kurang dari satu tahun), dan fotokimia menghasilkan kabut kaya tholin yang menyimpan bahan organik kompleks dan kaya nitrogen. Bahan-bahan organik ini secara bertahap terkubur dan ditarik melalui interaksi dengan magma. Langit menjadi cerah saat H₂ Ia tersesat di luar angkasa dan menjadi netral kembali. Akhirnya, gas cair bereaksi dengan grafit dan digosok untuk menghasilkan HCN dan HC bersih dalam jumlah besar.₃N, isonitril. Kredit: Oliver Shortle

“Awalnya, kami pikir ini akan merusak segalanya, tapi sebenarnya ini membuat segalanya jauh lebih baik. Ini membersihkan chemistry,” kata Rimmer.

Artinya, grafit dapat memberikan kesederhanaan yang dicari para ilmuwan, dan lingkungan bersih yang dibutuhkan untuk kehidupan.

Bagaimana cara kerja proses ini?

Era Hadean adalah periode paling awal dalam sejarah bumi, ketika bumi sangat berbeda dengan bumi modern. Tidak mengherankan jika terjadi tabrakan dengan puing-puing, terkadang seukuran planet. Studi tersebut menyatakan bahwa ketika Bumi awal bertabrakan dengan objek seukuran Bulan, sekitar 4,3 miliar tahun yang lalu, besi di dalamnya berinteraksi dengan air di Bumi.

Rekan penulis Dr Oliver Shortle, Profesor Filsafat Alam di Institut Astronomi dan Departemen Ilmu Bumi di Cambridge, mengatakan: 'Sesuatu seukuran Bulan menghantam Bumi lebih awal dan akan menyimpan sejumlah besar besi dan logam lainnya. '

Produk reaksi besi dan air mengembun membentuk tar di permukaan bumi. Tar kemudian bereaksi dengan magma pada suhu lebih dari 1500°C dan karbon dalam tar berubah menjadi grafit – suatu bentuk karbon yang sangat stabil – yang kita gunakan pada pensil modern!

Begitu besi bereaksi dengan air, terbentuklah kabut yang mengembun dan bercampur dengan kerak bumi. “Saat dipanaskan, yang tertinggal adalah senyawa bermanfaat yang mengandung nitrogen,” kata Shortell.

Bukti apa yang mendukung gagasan ini?

Bukti yang mendukung teori ini sebagian berasal dari keberadaan batuan komatiite. Komatit adalah salah satu jenis batuan beku yang terbentuk ketika magma yang sangat panas mendingin (>1500°C).

Komatite awalnya ditemukan di Afrika Selatan. “Batuan tersebut berumur sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu,” kata Shortell. “Yang lebih penting lagi, kita tahu bahwa batuan ini hanya terbentuk pada suhu ekstrim, sekitar 1.700 derajat Celsius!” Artinya magma sudah cukup panas untuk memanaskan tar dan membentuk nitril yang berguna.

Dengan dikonfirmasinya kaitan tersebut, penulis menyarankan bahwa senyawa yang mengandung nitrogen akan disintesis melalui metode ini. Sejak kita melihat komatite, kita tahu bahwa suhu magma di masa awal Bumi terkadang melebihi 1.500 derajat Celsius.

Lalu bagaimana?

Sekarang percobaan harus mencoba untuk menciptakan kembali kondisi ini di laboratorium, dan mempelajari apakah air, yang pasti ada dalam sistem, memakan senyawa nitrogen dan memecahnya.

“Meskipun kita tidak tahu pasti apakah molekul-molekul ini memulai kehidupan di Bumi, kita tahu bahwa bahan penyusun kehidupan pasti terbuat dari molekul-molekul yang bertahan hidup di air,” kata Reimer. “Jika percobaan di masa depan menunjukkan bahwa nitril terurai, kita harus mencari metode lain.”

Referensi: “Sumber hidrotermal permukaan nitril dan isonitril” oleh Paul P. Rimmer dan Oliver Shortle, 10 April 2024, kehidupan.
doi: 10.3390/hidup14040498

Studi ini didanai oleh Hibah Penelitian Cambridge untuk Ilmu Planet dan Kehidupan di Alam Semesta.