Sebelum adanya kehidupan di Bumi, molekul organik penting terbentuk dari unsur-unsur langka seperti nitrogen, belerang, karbon, dan fosfor. Penelitian baru menunjukkan bahwa debu kosmik, yang kaya akan unsur-unsur ini, dapat memicu kimia prebiotik dengan terakumulasi dalam konsentrasi tinggi di Bumi, khususnya di lubang pencairan lapisan es, yang berpotensi mengarah pada pembentukan bahan penyusun kehidupan. Kredit: NASA / JPL-Caltech
Sebelum munculnya kehidupan di Bumi, kimia penting diperlukan untuk membuat molekul organik dari unsur penyusun nitrogen, belerang, karbon, dan fosfor. Agar reaksi kimia dapat dimulai dan dipertahankan, unsur-unsur ini harus ada dalam jumlah besar – dan terus-menerus diisi ulang. Namun di Bumi sendiri, pasokan unsur-unsur ini masih terbatas.
Faktanya, unsur-unsur dasar pembentuk kehidupan sangat langka sehingga reaksi kimia akan cepat habis, jika memang berhasil berlangsung. Proses geologi seperti erosi dan pelapukan batuan penyusun bumi juga tidak mampu menjamin pasokan yang cukup, karena kerak bumi mengandung terlalu sedikit unsur-unsur tersebut. Namun demikian, dalam 500 juta tahun pertama sejarah bumi, kimia prebiotik berkembang yang menghasilkan molekul organik seperti RNA, DNAasam lemak, dan protein, yang menjadi dasar semua kehidupan.
Bahan dari luar angkasa?
Dari mana asal sulfur, fosfor, nitrogen, dan karbon dalam jumlah yang dibutuhkan? Ahli Geologi dan Rekan Nomis Craig Walton yakin bahwa unsur-unsur ini datang ke Bumi terutama sebagai debu kosmik.
Debu ini tercipta di luar angkasa, misalnya saat asteroid saling bertabrakan. Bahkan saat ini, sekitar 30.000 ton debu masih jatuh ke Bumi dari luar angkasa setiap tahunnya. Namun, pada masa-masa awal Bumi, debu turun dalam volume yang jauh lebih besar, yaitu jutaan ton per tahun. Namun yang terpenting, partikel debu mengandung banyak nitrogen, karbon, belerang, dan fosfor. Oleh karena itu, mereka mempunyai potensi untuk menggerakkan aliran kimia.
Namun, fakta bahwa debu tersebar luas dan hanya dapat ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil di satu tempat menunjukkan hal yang berlawanan dengan hal ini. “Tetapi jika Anda memasukkan proses transportasi, segalanya akan terlihat berbeda,” kata Walton. Angin, hujan atau sungai mengumpulkan debu kosmik di wilayah yang luas dan menyimpannya dalam bentuk terkonsentrasi di lokasi tertentu.
Model baru untuk memperjelas pertanyaan
Untuk mengetahui apakah debu kosmik mungkin menjadi sumber yang memicu (reaksi) kimia prebiotik, Walton mengembangkan model bersama rekan-rekannya dari Universitas Cambridge.
Dengan menggunakan model tersebut, para peneliti mensimulasikan berapa banyak debu kosmik yang jatuh ke bumi dalam 500 juta tahun pertama sejarah planet kita dan di mana debu tersebut dapat terakumulasi di permukaan bumi. Studi mereka kini telah dipublikasikan di jurnal ilmiah Astronomi Alam.
Model tersebut dikembangkan bekerja sama dengan pakar sedimentasi dan astrofisikawan dari Universitas Cambridge. Para peneliti Inggris berspesialisasi dalam simulasi sistem planet dan asteroid.
Simulasi mereka menunjukkan bahwa mungkin ada tempat-tempat di masa awal Bumi dengan konsentrasi debu kosmik yang sangat tinggi. Dan persediaan itu terus-menerus diisi ulang dari luar angkasa. Namun, hujan debu menurun dengan cepat dan tajam setelah terbentuknya Bumi: setelah 500 juta tahun, aliran debu menjadi jauh lebih kecil dibandingkan pada tahun nol. Para peneliti menghubungkan lonjakan ke atas yang terjadi sesekali dengan asteroid yang pecah dan mengirimkan ekor debu ke arah Bumi.
Lelehkan lubang pada lapisan es sebagai perangkap debu
Kebanyakan ilmuwan, namun juga orang awam, berasumsi bahwa Bumi ditutupi oleh lautan magma selama jutaan tahun; hal ini akan mencegah pengangkutan dan pengendapan debu kosmik dalam waktu yang lama. “Namun, penelitian yang lebih baru menemukan bukti bahwa permukaan bumi mendingin dan memadat dengan sangat cepat dan terbentuklah lapisan es yang besar,” kata Walton.
Menurut simulasi, lapisan es ini mungkin merupakan lingkungan terbaik bagi akumulasi debu kosmik. Lubang lelehan di permukaan gletser – yang dikenal sebagai lubang kriokonit – tidak hanya memungkinkan sedimen tetapi juga butiran debu dari luar angkasa menumpuk.
Seiring waktu, unsur-unsur terkait dilepaskan dari partikel debu. Segera setelah konsentrasinya dalam air glasial mencapai nilai ambang kritis, reaksi kimia dimulai dengan sendirinya, yang mengarah pada pembentukan molekul organik yang merupakan asal mula kehidupan.
Sangat mungkin bahwa proses kimia tetap berlangsung bahkan pada suhu sedingin es yang terjadi di lubang lelehan: “Dingin tidak mengganggu kimia organik – sebaliknya: reaksi lebih selektif dan spesifik pada suhu rendah dibandingkan pada suhu tinggi,” Walton mengatakan. Peneliti lain telah memperlihatkan di laboratorium bahwa asam ribonukleat (RNA) sederhana berbentuk cincin terbentuk secara spontan dalam sup air leleh pada suhu sekitar titik beku dan kemudian mereplikasi dirinya sendiri. Titik lemah dalam argumen ini adalah bahwa pada suhu rendah, unsur-unsur yang dibutuhkan untuk membentuk molekul organik hanya larut sangat lambat dari partikel debu.
Memulai perdebatan tentang asal usul kehidupan
Teori yang dikemukakan Walton bukannya tidak kontroversial di kalangan ilmiah. “Penelitian ini tentu saja akan memicu perdebatan ilmiah yang kontroversial,” kata Walton, “tetapi juga akan memunculkan gagasan baru tentang asal usul kehidupan.”
Pada awal abad ke-18 dan ke-19, para ilmuwan yakin bahwa meteorit membawa “elemen kehidupan”, sebagaimana Walton menyebutnya, ke Bumi. Meski begitu, para peneliti menemukan sejumlah besar unsur-unsur ini pada batuan dari luar angkasa, namun tidak pada batuan dasar Bumi. “Namun, sejak saat itu, hampir tidak ada orang yang mempertimbangkan gagasan bahwa kimia prebiotik terutama digerakkan oleh meteorit,” kata Walton.
“Ide meteorit terdengar menarik, namun ada batasannya,” jelas Walton. Sebuah meteorit menyuplai zat-zat ini hanya dalam lingkungan terbatas; tempat jatuhnya ke tanah bersifat acak, dan persediaan lebih lanjut tidak dijamin. “Saya pikir tidak mungkin asal usul kehidupan bergantung pada beberapa bongkahan batu yang tersebar secara luas dan acak,” katanya. “Sebaliknya, debu kosmik yang diperkaya, menurut saya, merupakan sumber yang masuk akal.”
Langkah Walton selanjutnya adalah menguji teorinya secara eksperimental. Di laboratorium, ia akan menggunakan bejana reaksi besar untuk menciptakan kembali kondisi yang mungkin terjadi di lubang lelehan purba, kemudian menetapkan kondisi awal ke kondisi yang mungkin ada di lubang kriokonit empat miliar tahun lalu – dan, akhirnya, menunggu untuk melihat apakah reaksi kimia apa pun yang menghasilkan molekul yang relevan secara biologis memang terjadi.
Referensi: “Pemupukan debu kosmik dari kimia prebiotik glasial di Bumi awal” oleh Craig R. Walton, Jessica K. Rigley, Alexander Lipp, Robert Law, Martin D. Suttle, Maria Schönbächler, Mark Wyatt dan Oliver Shorttle, 19 Februari 2024, Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02212-z
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
