Esta imagem acima do fundo do Oceano Atlântico mostra uma coleção de torres de pedra calcária conhecida como a "Cidade Perdida", um sistema de primavera quente submarino (como nenhum outro ainda visto dentro de oceanos do mundo). fontes hidrotermais alcalinas deste tipo são sugeridos para ser o berço dos primeiros organismos vivos na Terra antiga. Os cientistas estão interessados em entender o início da vida na Terra, porque se alguma vez esperamos encontrar vida em outros mundos - especialmente mundos gelados com oceanos subsolo, como lua Europa, de Júpiter e de Saturno Enceladus - precisamos de saber o que as assinaturas químicas que procurar.
A imagem acima é um "espaço shot" do nosso próprio planeta: da NOAA ROV Hercules (imagem abaixo) se aproxima de um, branco torre fantasmagórica, carbonato no Lost City Hydrothermal campo, a cerca de 2.500 pés abaixo da superfície do Oceano Atlântico. A imagem foi tirada durante os 10 dias perdidos Expedition Cidade 2005 para realizar a exploração em torno do relógio da cidade perdida Hydrothermal Field (LCHF) e da região envolvente.
Como é que a vida na Terra começou? Três trabalhos em co-autoria em 2013 por Mike Russell, um cientista da pesquisa no Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Calif., Reforçou o primeiro caso em que a vida da Terra começou às fontes hidrotermais alcalinas no fundo dos oceanos. Os cientistas estão interessados em entender o início da vida na Terra, porque se alguma vez esperamos encontrar vida em outros mundos - especialmente mundos gelados com oceanos subsolo, como lua Europa, de Júpiter e de Saturno Enceladus - precisamos de saber o que as assinaturas químicas que procurar.
Dois artigos publicados na revista Philosophical Transactions da Royal Society B forneceu mais detalhes sobre o produto químico e precursor reações metabólicas que têm de ter lugar para pavimentar o caminho para a vida. Russell e seus co-autores descreveram como as interações entre os primeiros oceanos e fluidos hidrotermais alcalina provável produzida acetato (comparável ao vinagre).
O acetato é um produto de metano e hidrogênio do alcalina fontes hidrotermais e dióxido de carbono dissolvido no oceano circundante. Uma vez que esta via química início foi forjada, acetato poderia se tornar a base de outras moléculas biológicas. Eles também descrevem como dois tipos de "nano-motores" que criam carbono e polímeros orgânicos - moeda de energia das primeiras células - poderia ter sido montado a partir de minerais inorgânicos.
Um artigo publicado na revista Biochimica et Biophysica Acta analisou a semelhança estrutural entre as enzimas mais antigos de vida e minerais precipitados a estas aberturas alcalinas, uma indicação de que a primeira vida não tem que inventar seus primeiros catalisadores e motores.
"Nosso trabalho em fontes termais alcalinas no fundo do oceano faz o que acreditamos ser o caso mais plausível para a origem dos blocos de construção da vida e seu aprovisionamento energético", disse Russell. "Nossa hipótese é testável, tem a variedade certa de ingredientes e obedece as leis da termodinâmica."
Mas, continua a ser um mistério como a vida pode ter surgido primeiro. Os principais blocos de construção da vida agora estão DNA, que pode armazenar dados genéticos e proteínas, que incluem enzimas que podem direcionar as reações químicas. No entanto, o DNA requer proteínas, a fim de formar, e as proteínas precisam de DNA para formar, levantando a questão da galinha e do ovo de como proteínas e DNA poderia ter formado um sem o outro.
Para resolver esse dilema, os cientistas têm sugerido que a vida pode ter primeira dependia basicamente compostos conhecidos como RNA. Estas moléculas podem armazenar dados genéticos como o DNA, servir como enzimas como proteínas, e ajudar a criar tanto DNA e proteínas. DNA e proteínas substituído mais tarde esse " mundo de RNA ", porque eles são mais eficientes em suas respectivas funções, apesar de RNA ainda existe e serve um papel vital na biologia.
No entanto, permanece incerto como RNA pode ter surgido a partir de precursores mais simples na sopa primordial que existia na Terra antes que a vida se originou. Assim como o DNA, o RNA é complexo e são feitos de cadeias em forma de hélice de pequenas moléculas conhecidas como nucleótidos.
Uma forma que o RNA pode ter primeiro é formada com a ajuda de sais minerais, tais como hidretos de metal. Estes minerais podem servir como catalisadores, ajudando a criar pequenos compostos orgânicos a partir de blocos de construção inorgânicos.Esses minerais são encontrados em fontes hidrotermais alcalinas no fundo do mar.
fontes hidrotermais alcalinas são também o lar de grandes estruturas chaminé-like ricos em ferro e enxofre. Estudos anteriores sugeriram que colegas antigos destas chaminés pode ter isolado e concentrado moléculas orgânicas em conjunto, estimulando a origem da vida na Terra.
Para ver o quão bem estas chaminés apoiar a formação de cadeias de RNA, os pesquisadores sintetizaram chaminés por soluções lentamente injetáveis que contêm ferro, enxofre e silício em frascos de vidro. Dependendo das concentrações dos diferentes produtos químicos utilizados para cultivar essas estruturas, as chaminés eram ou montes com centros individuais ocos ou, mais frequentemente, torres e jardins "químicos", com vários tubos ocos.
"Ser capaz de realizar nossos experimentos em estruturas chaminé que pareciam algo que se pode encontrar nas regiões mais escuras da Terra Média de Tolkien deu esses estudos um contexto geológico que despertou a imaginação," disse o co-autor do estudo Linda McGown, um químico analítico e astrobiologist do Rensselaer Polytechnic Institute em Troy, NY
As chaminés foram cultivadas em líquidos e gases que se assemelham os oceanos e atmosfera da Terra primitiva. Os líquidos foram ácida e enriquecido com ferro, enquanto os gases eram ricos em azoto e não tinha oxigênio. Os cientistas então enfiou seringas-se as chaminés para bombear soluções alcalinas contendo uma variedade de produtos químicos nos oceanos modelo. Esta antiga fluido ventilação simulada infiltrando mares primordiais.
Às vezes, os pesquisadores acrescentaram argila montmorillonite aos seus frascos de vidro. Argilas são produzidos por interações entre água e rocha, e provavelmente teria sido comum na Terra cedo, disse McGown.
O tipo de nucleótidos que compõem ARN são conhecidos como ribonucleótidos, uma vez que são feitas com o açúcar ribose. Os cientistas descobriram que ribonuclotides não modificadas poderiam formar cadeias de dois nucleotídeos. Além disso, ribonucleótidos "activado" com um composto conhecido como imidazole - uma molécula criada durante as reacções químicas que sintetizam os nucleótidos - pode formar cadeias de polímeros ARN ou até quatro ribonucleótidos longos.
"A fim de observar significativa polimerização ARN na escala de tempo das experiências de laboratório, que é geralmente necessário para activar os nucleótidos", disse McGown. "Imidazole é utilizada para a activação de nucleótidos nestes tipos de experiências."
Os cientistas descobriram que não só foi a composição química das chaminés importantes quando se trata de formação de RNA, mas a estrutura física das chaminés foi fundamental também. Quando os pesquisadores misturado soluções ferro, enxofre e silício em seus oceanos simulados, em vez de lentamente injetá-los na água do mar para formar chaminés, a mistura resultante não poderia provocar a formação de RNA.
"As chaminés, e não apenas os seus constituintes, são responsáveis pela polimerização", disse McGown.
Estas experiências para demonstrar pela primeira vez que os ARN podem formar em chaminés hidrotermais alcalinas, embora as sintéticas.
"Nosso objetivo desde o início de nossa pesquisa RNA de polimerização tem sido a de colocar os experimentos RNA de polimerização, tanto quanto possível, no contexto dos ambientes terrestres mais prováveis cedo", disse McGown. "A maioria das pesquisas RNA polimerização anterior centrou-se em ambientes de superfície, e a exploração de fontes hidrotermais no fundo do oceano poderia render novas possibilidades para o surgimento de um mundo de RNA".
Uma das preocupações acerca destes resultados é que as experiências foram realizadas à temperatura ambiente. As fontes hidrotermais são muito mais quentes, e tais temperaturas poderia destruir RNA.
"Tenha em mente, contudo, que as fontes hidrotermais são sistemas dinâmicos com gradientes de condições físicas, incluindo a temperatura química e", disse McGown.
Em princípio, as seções mais frias do fontes hidrotermais poderia ter nutrido RNA e suas moléculas precursoras, disse ela.
No futuro, McGown e seus colegas irão realizar experimentos investigando o que variáveis de efeitos, tais como pressão, temperatura e mineralogia pode ter sobre a formação de moléculas de RNA, incidindo principalmente sobre as condições que imitam ambientes fundo do oceano em uma Terra primitiva e aqueles que também pode ter existido em Marte e em outros lugares, disse McGown.
Os cientistas detalharam suas descobertas na edição de 22 de julho da revista Astrobiology.
O Galaxy diário via NASA / JPL - Veja mais em: http://www.astrobio.net e oceanexplorer.noaa.gov
Imagem cedida por D. Kelley e M. Elend / Universidade de Washington, IFE, URI-IAO, UW, perdeu parte da ciência City, NOAA, National Geographic.
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