کدام منبع انرژی موجب تکامل حیات روی زمین شد؟

زیست‌شناسان دراین‌باره توافق کاملی ندارند که اولین حیات روی زمین کجای این سیاره ظاهر شد. شاید اولین حیات زمین در کف اقیانوس، در برکه‌های سنگی کم‌عمق یا از واحدهای ساحتمانی که توسط برخورد سیارک‌ها به زمین آمد، تشکیل شد یا شاید هم هر سه مورد در ایجاد آن نقش داشته‌اند. می‌دانیم که همه اشکال حیات روی زمین برای بقا به آب نیاز دارند، بنابراین حیات احتمالاً ابتدا در کنار آب تشکیل شد. اما آب به‌تنهایی برای ایجاد حیات کافی نیست و این فرایند به انرژی نیز نیاز دارد.

امروزه بیشتر اشکال حیات انرژی خود را از سوزاندن قندها به دست می‌آورند، اما این مولکول‌ها ۳٫۷ میلیارد سال پیش، یعنی زمانی که حیات برای اولین‌بار تکامل پیدا کرد، وجود نداشتند. بنابراین کدام منابع انرژی برای کمک به پیدایش اولین ساکنان زمین دردسترس بود؟

در طول دوره پیشازیستی (حدود ۴٫۶ میلیارد تا ۴ میلیارد سال پیش) زمین عمدتاً جهانی اقیانوسی بود و گهگاه جزایر آتشفشانی از درون آب ظاهر می‌شدند. الوی کامپروبی کاساس، زیست‌شناس که در دانشگاه تگزاس ریو گراند ولی به مطالعه منشأ حیات مشغول است، می‌گوید یکی از تئوری‌ها درباره‌ی منشأ حیات این است که اشعه فرابنفش خورشید به ایجاد مولکول‌های پیچیده در آبگیرهای سنگی کم‌عمق روی جزایر آتشفشانی کمک کرد. کامپروبی کاساس به لایوساینس گفت: «اشعه فرابنفش بسیار عالی است، زیرا آنقدر پرانرژی است که مولکول‌های یونیزه را تولید و آن را واکنش‌پذیرتر می‌کند. در این شرایط احتمال زیادی وجود دارد که مولکول‌های ساده با هم ترکیب شوند و مولکول‌های پیچیده‌تری را بسازند که برای تولید عناصر سازنده‌ی حیات به کار می‌آیند.»

اگرچه به‌گفته‌ی کامپروبی کاساس، اشعه فرابنفش این مشکل را دارد که عملاً همه‌چیز را تجزیه می‌کند. بنابراین حتی اگر مولکول‌های پیچیده تشکیل شوند، به علت تابش اشعه خورشید تخریب خواهند شد.

به همین دلیل است که کامپروبی کاساس و همکارانش گمان می‌کنند که حیات جایی دور از برکه‌های گرم آغاز شده باشد. آن‌ها معتقدند که این اتفاق در بستر دریا رخ داده است، جایی که در آن آب گرم و قلیایی با آب اسیدی و سرد ترکیب شده و سوپی از انرژی شیمیایی را ایجاد می‌کند که می‌توانسته جرقه‌ای برای تکامل حیات بوده باشد.

در اعماق اقیانوس، در مرز صفحات اقیانوسی که ماگما از گوشته زمین بیرون می‌آید، مناطق دارای فعالیت زمین‌گرمایی تشکیل می‌شود. آب سرد اقیانوس وارد شکاف‌های این نواحی گرم می‌شود و مواد معدنی سنگ‌ها را حل می‌کند. وقتی آب گرم از شکاف‌ها خارج می‌شود و درون اقیانوس سرد جریان پیدا می‌کند، مواد معدنی ته‌نشین می‌شوند و ستون‌هایی از مواد آلی را تشکیل می‌دهند. این مایع بسیار قلیایی است و حاوی مقدار زیادی گاز هیدروژن است.

در طول دوره پیشازیستی، اتمسفر زمین پر از کربن‌دی‌اکسید بود که مقدار زیادی از آن در اقیانوس حل می‌شد و اقیانوس را کمی اسیدی می‌کرد. به‌‌گفته‌ی کامپروبی کاساس، وقتی آب چاه‌های گرمابی با کربن‌دی‌اکسید حل‌شده در آب ترکیب می‌شود، مولکول‌های حاصل از نظر شیمیایی فعال‌تر می‌شوند. حال با اضافه کردن نیتروژن می‌توانید اسیدهای آمینه را تولید کنید یا اینکه نیتروژن و اکسیژن را اضافه کنید و واحدهای سازنده دی‌ان‌ای را به دست آورید.

تئوری دیگری درمورد منشأ حیات روی زمین می‌گوید واحدهای سازنده حیات توسط برخورد سیارک‌ها به زمین آورده شدند. پارتا برا، دانشمند پژوهشگر موسسه تحقیقات زیست‌محیطی ناحیه خلیج ناسا می‌گوید روی سیارک‌ها لایه‌ای از یخ وجود دارد که از قندهای ساده و آمینواسیدهای کوچک (مواد اولیه موردنیاز برای شیمی پیشا‌زیستی) محافظت می‌کند. برا به لایوساینس گفت: «این اجرام میلیون‌ها سال درمعرض نور خورشید قرار دارند و رادیکال‌هایی (مواد فعال) را تولید می‌کنند که حتی در دمای پایین با یکدیگر واکنش می‌دهند.» رایکال‌ها اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌های دارای الکترون اضافی هستند که برای واکنش با ترکیبات دیگر آماده‌اند.

براساس این فرضیه‌ی منشأ حیات، وقتی سیارک‌ به زمین برخورد کرد، مولکول‌های بسیار واکنش‌پذیر آن با مولکول‌های ساده درون اقیانوس‌ها ترکیب شدند و شیمی پیچیده موردنیاز برای آغاز حیات را تولید کردند. برا می‌گوید: «در این مورد، منبع انرژی، گرمای زمین گرمایی نیز است.»

ازآنجاکه نمونه‌های سنگی بسیار کم و کوچکی از این دوره تاریخ زمین وجود دارد، نمی‌توان به‌طور دقیق مشخص کرد که کدام منبع انرژی (خورشید، شیمی زمین‌گرمایی یا گرمای زمین‌گرمایی) موجب تکامل حیات شد؛ اما مطالعات آزمایشگاهی و بحث پیرامون این موضوع به ما کمک می‌کند ریشه احتمالی حیات روی زمین را پیدا کنیم.