Η προέλευση της ζωής και οι μεγάλες συγκρούσεις

Από σελίδα του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, Ιούνιος 2003

Η προέλευση της ζωής είναι ένα από τα μεγάλα μυστήρια στον κόσμο.  Για να καθορίσουν την προέλευση της ζωής, οι επιστήμονες ερευνούν το πρόβλημα με αρκετούς διαφορετικούς τρόπους.  Μερικοί επιστήμονες μελετούν τη ζωή στον πλανήτη μας. Κάποιοι άλλοι επιστήμονες αναζητούν τη ζωή ή απολιθώματα σε άλλους πλανήτες ή φεγγάρια στο ηλιακό σύστημά μας.  Και άλλοι επιστήμονες προσπαθούν να ανιχνεύσουν τη ζωή σε άλλα ηλιακά συστήματα, είτε με τη μέτρηση των φαινομένων της ζωής στις ατμόσφαιρες των απόμακρων πλανητών είτε με τη μέτρηση της τεχνητής ακτινοβολίας όπως είναι τα ραδιοσήματα, που μπορούν να παραχθούν από μια προηγμένη τεχνολογικά ζωή.

Για καιρό η καλύτερη προσέγγιση ήταν να εξεταστεί η ζωή στον πλανήτη μας.  Εντούτοις, ακόμη και στην γειτονιά μας, είναι δύσκολο να καθοριστεί η προέλευση της ζωής επειδή άρχισε τουλάχιστον 3,5 δισ. χρόνια  πριν.  Ξέρουμε ότι η ζωή άρχισε τουλάχιστον 3,5 δισ. χρόνια πριν, επειδή αυτή είναι η ηλικία των παλαιότερων βράχων με απολιθωμένα στοιχεία της ζωής πάνω στη Γη.  Αυτοί όμως οι βράχοι είναι σπάνιοι, επειδή οι επόμενες γεωλογικές διαδικασίες αναδιαμόρφωσαν τελείως την επιφάνεια του πλανήτη μας, καταστρέφοντας συχνά τους παλαιότερους βράχους και δημιουργώντας νέους.  Εν τούτοις, οι βράχοι των 3.5 δισεκατομμυρίων ετών με τα απολιθώματα μπορούν να βρεθούν στην Αφρική και την Αυστραλία.  Είναι συνήθως ένα μίγμα σταθεροποιημένης ηφαιστειακής λάβας και ιζηματωδών χαλαζιακών πετρωμάτων.  Τα απολιθώματα εμφανίζονται στα ιζηματώδη αυτών των χαλαζιακών πετρωμάτων. 

Τα χημικά ίχνη της ζωής έχουν ανιχνευθεί, επίσης, και σε ελαφρώς παλαιότερους βράχους.  Στη Γροιλανδία, βρέθηκε μια σειρά αρχαίων μεταμορφωμένων ιζημάτων.  Οι αναλύσεις δείχνουν ότι τα ιζήματα κατατέθηκαν περίπου πριν 3,8 δισ. χρόνια.  Αποκάλυψαν επίσης υπογραφές ισοτόπων άνθρακα, που εμφανίζονται να παράγονται από οργανισμούς που έζησαν όταν κατατέθηκαν τα ιζήματα.

Σε όλες τις περιπτώσεις, η ζωή όπως καταλαβαίνουμε πρέπει να έχει νερό.  Αυτός ο γενικός κανόνας είναι αληθινός πάνω στη Γη και είναι πιθανά αληθινός κι αλλού στο ηλιακό σύστημα.  Αυτήν την περίοδο, επιδιώκεται να ανακαλυφθεί ζωή στον Άρη, όπου κάποτε μπορεί να έρεε νερό στην επιφάνεια του Άρη αλλά και στο φεγγάρι του Δία, την Ευρώπη, όπου είναι πολύ πιθανό να υπάρχει μια υπόγεια θάλασσα από νερό κάτω από την παγωμένη επιφάνειά της.

Εάν κάποιος αναλύσει τις γενετικές πληροφορίες σε ποικίλους σύγχρονους ζωντανούς οργανισμούς στη Γη, μπορεί να αρχίσει να ομαδοποιεί και να ξεχωρίζει τους οργανισμούς βασισμένους σε κοινές (ή ανόμοιες) ιδιότητές τους.  Αυτός ο τύπος αναλύσεων είναι διαισθητικός σε κάποια επίπεδα.  Παραδείγματος χάριν, οι περισσότεροι άνθρωποι αναγνωρίζουν ότι δύο είδη ελαφιών συσχετίζονται περισσότερο από τα ελάφια και τις σταχτιές αρκούδες.  Συνεπώς, σε ένα δέντρο της ζωής, τα δύο είδη ελαφιών θα εμφανίζονταν πιο κοντά από ό,τι με τις σταχτιές αρκούδες.  Αυτή η ίδια διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους οργανισμούς και έχει οδηγήσει σε τρεις μεγάλες περιοχές της ζωής: Τα Βακτηρίδια, τα Archaea (τις πρώτες αρχαίες μορφές) και τα Eukarya (ευκαριωτικά).  Οι άνθρωποι, καθώς επίσης και άλλα σύνθετα θηλαστικά, είναι μέρος της τρίτης ομάδας των ευκαριωτικών.  Εάν κάποιος επισημάνει τις γενετικές πληροφορίες σε οργανισμούς και στις τρεις ομάδες, αυτό δείχνει έχουν έναν κοινό πρόγονο ή τουλάχιστον οι πρόγονοι μοιράζονται ένα κοινό σύνολο γνωρισμάτων.  Σε κάθε περίπτωση, εμφανίζεται ότι η πιο αρχική μορφή ζωής στο δέντρο της ζωής ήταν θερμοφιλικός ή υπερθερμοφιλικός οργανισμός, που έζησαν μέσα σε συστήματα που αποτελούνται από θερμό νερό.

Τα συστήματα θερμού νερού καλούνται υδροθερμικά συστήματα.  Αυτά μπορούν να βρεθούν σε περιοχές ηφαιστειακής δραστηριότητας, όπου καυτός λειωμένος βράχος κάτω από την επιφάνεια θερμαίνει τα υπόγεια νερά.  Τα υδροθερμικά συστήματα παράγουν θερμές πηγές και γκάιζερ στην επιφάνεια. Καλά παραδείγματα τέτοιων πηγών είναι στο πάρκο Yellowstone στις Ηνωμένες Πολιτείες και το Rotorua στη Νέα Ζηλανδία.

Ένα αντικείμενο διαμέτρου 100m συγκρούεται με τη Γη, κάθε 10.000 χρόνια.

Πρόσφατα, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα ερεύνησαν υδροθερμικά συστήματα, που δημιουργήθηκαν από συγκρούσεις.  Η ενέργεια που κατατίθεται από μια τέτοια σύγκρουση είναι τόσο μεγάλη που μπορεί εύκολα να θερμάνει το νερό και να το αναγκάσει να κυκλοφορήσει μέσω του γήινου φλοιού.  Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων από συγκρούσεις έχουν βρεθεί σε διάφορους κρατήρες, που φτιάχτηκαν από συγκρούσεις μετεωριτών ή και αστεροειδών, σε όλο τον κόσμο.  Αν και κανένα από αυτά δεν είναι ενεργά σήμερα, πιθανά θα δημιούργησαν καυτές πηγές και γκέυζερ, όμοια με αυτά που παράγονται από τη μαγματική δραστηριότητα κάτω από την επιφάνεια της Γης.

Στις απαρχές της γήινης ιστορίας, και ο ηφαιστειακή δραστηριότητα και η δημιουργία κρατήρων λόγω συγκρούσεων ήταν πολύ κοινές διαδικασίες. Έτσι και οι δύο διαδικασίες μπορεί να έχουν παράσχει εκείνα τα περιβάλλοντα που απαιτούνται για να μετασχηματίσουν ανόμοιες χημικές ενώσεις σε ζωντανούς οργανισμούς και μπορεί να έχουν παράσχει κι έναν κατάλληλο βιότοπο για αυτή τη ζωή ώστε να εξελιχθεί. 

Η πιο διάσημη σύγκρουση, που είχε επιπτώσεις στη Γη, είναι ίσως η σύγκρουση στη περιοχή του Μεξικού Chicxulub, η οποία έχει συνδεθεί με την εξαφάνιση των δεινοσαύρων πριν 65 εκατομμύρια χρόνια.  Είναι, εντούτοις, μόνο μία από τις πολλές συγκρούσεις που έχουν επηρεάσει τον πλανήτη μας και όχι ακόμη και ένας από το μεγαλύτερο.  Το φυσικό αρχείο αυτών των διαδικασιών είναι πολύ φτωχό στη Γη, επειδή ο πλανήτης μας έχει πολλές γεωλογικές διαδικασίες που καταστρέφουν ή καλύπτουν τα στοιχεία αυτών των γεγονότων, δηλαδή των συγκρούσεων.  Οι διαδικασίες δημιουργίας των βουνών πιέζουν και μεταβάλλουν το σχήμα των κρατήρων λόγω σύγκρουσης, η δημιουργία πεδιάδων ομοίως απαλύνουν το σχήμα των κρατήρων, η διάβρωση τους κομματιάζει, και οι ροές και τα ιζήματα της λάβας θάβουν συχνά οποιοδήποτε υπόλοιπο από τους κρατήρες.  Ενώ οι επιστήμονες συνεχίζουν να ανακαλύπτουν μια χούφτα κρατήρων λόγω σύγκρουσης κάθε έτος, ο αριθμός των γνωστών κρατήρων είναι αρκετά μικρός (αυτήν την περίοδο είναι περίπου 160).

Ήταν ο κατακλυσμικός βομβαρδισμός της Σελήνης συνδεδεμένος με τη προέλευση της ζωής;

Όμως το καλύτερο αρχείο για τους κρατήρες, από τις συγκρούσεις της Γης με αστεροειδείς ή μετεωρίτες, συντηρείται πολύ καλά στο γειτονικό φεγγάρι μας.  Επειδή το νερό δεν ρέει πάνω από την επιφάνειά του,  δεν εκρήγνυται πλέον λάβα από τα ηφαίστειά της, και δεν είχε ποτέ εκεί τεκτονική λιθοσφαιρικών πλακών, το αρχείο του βομβαρδισμού στο σύστημα Γη - Σελήνης συντηρείται  πολύ καλύτερα εκεί.  Πάνω από 300.000 κρατήρες στο μέγεθος του κρατήρα Barringer (διαμέτρου ~1km) της Βόρειας Αριζόνας και ακόμη μεγαλύτεροι υπάρχουν στο φεγγάρι. Έχουν δημιουργηθεί όταν αστεροειδείς και κομήτες σφυροκόπησαν την επιφάνειά του, συγχρόνως παρόμοια αντικείμενα σφυροκόπησε και τη Γη.  Εντούτοις, λόγω του μεγαλύτερου μεγέθους της, η Γη θα έχει υποστεί περίπου 10 φορές περισσότερα τέτοια γεγονότα, ή θα έχουν δημιουργηθεί πάνω από 3 εκατομμύρια κρατήρες, μεγαλύτεροι από 1 km!

Αυτοί οι κρατήρες, λόγω σύγκρουσης, έχουν παραχθεί στη Γη και το φεγγάρι στα 4,5 έως 4,6 δισ. έτη της ιστορίας τους. Μελέτες της ιστορίας της δημιουργίας τέτοιων κρατήρων στο σύστημα Γης-Σελήνης και των παρατηρήσεων των αστεροειδών και κομητών στο ηλιακό σύστημα, μας δείχνουν ότι τα γεγονότα συνεχίζουν να εμφανίζονται και στη Γη και στο φεγγάρι και ότι συνέβαιναν συχνότερα στα αρχικά χρόνια της Γης. Αλλά περισσότερα στοιχεία άρχισαν να προκύπτουν όταν οι αστροναύτες συνέλεξαν βράχους στη Σελήνη με το πρόγραμμα Απόλλων.

Τα δείγματα αυτά, που συλλέχθηκαν από τους αστροναύτες, αποκάλυψαν ένα εκπληκτικό χαρακτηριστικό γνώρισμα: ο φλοιός του φεγγαριού φαίνεται να ήταν αρκετά θερμός ~3.9 δισ. έτη πριν, μεταμορφώνοντας τους βράχους σε αυτόν. Επιστήμονες, το 1974, πρότειναν ότι αυτό το μεταμορφικό γεγονός μπορεί να είχε δημιουργηθεί από έναν μεγάλο αριθμό αστεροειδών ή/και από συγκρούσεις κομητών σε έναν πολύ μικρό χρονικό διάστημα, μικρότερο από 200 εκατομμύρια έτη. Είναι το διάστημα , που κλήθηκε σεληνιακός κατακλυσμός.

Εάν εμφανίστηκε πραγματικά ένας σεληνιακός κατακλυσμός, τότε θα πρέπει να υπάρχουν επίσης πολλοί λιωμένοι βράχοι λόγω συγκρούσεων σε εκείνη την ίδια εποχή. Και, πράγματι, οι πρόσθετες αναλύσεις των λειωμένων μετάλλων, που συλλέχθηκαν από τους αστροναύτες του Απόλλωνα, αποκάλυψαν μια σειρά εποχών των συγκρούσεων, αλλά, πολύ σημαντικό, καμία εποχή δεν ήταν παλαιότερη από 3.85 δισ. έτη. Αυτό φαίνεται επίσης να υπονοεί έναν σεληνιακό κατακλυσμό στην εποχή περίπου των 3.9 δισ. ετών, ο οποίος κατακλυσμός κατέστρεψε εντελώς ή μεταμόρφωσε τα λειωμένα μέταλλα λόγω σύγκρουσης, που παρήχθησαν από τέτοια παλαιότερα γεγονότα.

Οι παρατηρήσεις των κρατήρων στο φεγγάρι δείχνουν ότι πάνω από 1.700 κρατήρες με διαμέτρους πάνω από 20 km παρήχθησαν κατά τη διάρκεια αυτού του κατακλυσμού. Αυτό υπονοεί ότι δημιουργήθηκαν επίσης και στη Γη πάνω από 17.000 κρατήρες με διαμέτρους πάνω από 20 km, κατά τη διάρκεια της ίδιας χρονικής περιόδου, η οποία διάρκεσε από 20 έως 200 εκατομμύρια έτη. Κάθε ένα από αυτά τα γεγονότα, από συγκρούσεις, είναι αρκετά μεγάλο για να έχει παραγάγει επιδράσεις με αποτελέσματα σε όλη τη Γη. Μάλιστα μερικές τέτοιες συγκρούσεις θα είχαν παραγάγει κρατήρες με διαμέτρους που υπερέβησαν τα 1.000 km.

Δηλαδή οι κρατήρες λόγω συγκρούσεων, που ήταν στο μέγεθος των ηπείρων, μπορούσαν να δημιουργηθούν στη Γη.

Οι επιστήμονες αναρωτιούνται τώρα εάν αυτός ο κατακλυσμικός βομβαρδισμός μπορεί να είχε επιπτώσεις στη ζωή πάνω στη Γη ή να είχε εμπλακεί στην προέλευση της ζωής. Τα πιο αρχικά ισοτοπικά στοιχεία της ζωής που έχουμε μέχρι τώρα είναι από βράχους ~3.8 δισεκατομμυρίων ετών, αμέσως μετά από τον κατακλυσμό.