Как е възникнал животът? Горивните клетки може би знаят

Как е възникнал животът от токсичната и негостоприемна среда на нашата планета преди милиарди години, остава дълбока мистерия.

Учени симулирали условията на ранната Земя в своите тестове, дори наподобили някои от основните съставки на живота. Но как тези съставки са се групирали в живи клетки и как животът първоначално е бил способен да генерира енергия, остава неизвестно.

Ново проучване, ръководено от Лори Бардж от Jet Propulsion Laboratory на НАСА, Пасадена, Калифорния, демонстрира уникален начин за изучаване източниците на живота: горивните клетки.

Горивни клетки откриваме в специализираните коли, самолетите и космическите кораби на НАСА, като вече пенсионираните совалка. Клетките са подобни на батериите в генерирането на електричество и енергия, но изискват гориво, като водород.

В новото изследване горивните клетки не се използват за енергия, а за тестване химическите реакции, довели до развитие на живот. „Нещо на Земята е довело до възникване на живот и смятаме, че важен фактор е това, че планетата е осигурявала електрическа енергия на морското дъно – казва Бардж. – Тази енергия може да е дала начален тласък на живота и може да го е поддържала, след като е възникнал. Сега ние имаме начин за тестване на различни материали и среди, които може да са помогнали на живота, след като е възникнал, не само на Земята, но и възможно на Марс, Европа и други места в Слънчевата система.“

Една от основните функции на живота е, както знаем, способността да складира и използва енергия. В клетките това е форма на метаболизъм и включва трансфер на електрони от една молекула към друга. Такъв процес се извършва и в нашите тела, като ни дава енергия. Горивните клетки са подобни на биологичните клетки, тъй като в тях електрони също се пренасят от една към друга молекула.

В двата случая това води до получаване на електричество и енергия. За да работи една горивна клетка, тя се нуждае от гориво, като водород, също така и от електроди и катализатори, които спомагат за трансфера на електрони. Електроните се пренасят от електронен донор (като водород) към електронен приемник (като кислород), като се получава електрически ток.

Във вашите клетки металсъдържащите ензими – които са вашите биологични катализатори – пренасят електрони и генерират енергия за живот. В опитите на екипа електродите на горивните клетки и катализатори са направени от примитивен геологичен материал, който се смята, че е съществувал на ранната Земя.

Ако този материал може да спомогне за трансфер на електрони, учените ще наблюдават електрически ток. Като тестват различни материали, експериментите с горивни клетки ще позволят на учените да уточнят химичните процеси, които може би са съществували, когато е възниквал животът на Земята.

„Това, което ние предлагаме тук, е да симулираме енергетичните процеси, които биха могли да свържат геологичните процеси на ранната Земя и възникването на живота – казва Тери Кии от Университета в Лийдс, Англия, един от съавторите на научния труд. – Ние ще се върнем назад във времето, за да тестваме специфични минерали, като тези, съдържащи желязо и никел, които са били често срещани на ранната Земя и може би са довели до биологически метаболизъм“, казва Бардж.

Тези учени също са тествали материали, получени в лабораторията, които симулират големи хидротермални структури на океанските дъна. Тези „химически градини“ са възможното място на химическите реакции, предхождащи живота. Когато екипът използвал материала от лабораторно получени „комини“ в горивните клетки, протичал електрически ток.

Бардж казва, че това е предварителен тест, показващ, че хидротермалните комини, формиране на ранната Земя, могат да трансферират електрони и следователно могат да задвижат първите енергетични реакции, водещи до метаболизъм. Експериментите също показват, че горивните клетки могат да се използват за тестване на други материали от нашата древна Земя. И ако животът е възникнал на други планети, тези условия също могат да бъдат тествани.

„Можем просто да заменим океаните и минералите, които може да са съществували на Марс – казва Бардж. – Тъй като горивните клетки са модулни, можем лесно да заменяме една част със друга – може да използваме тази техника, за да изследваме всеки планетен потенциален начален тласък за живот.“ Във JPL горивните клетки са не само за изучаване на живота, но също така и за изследване на продължителното пътуване в Космоса на хора.

Водородните горивни клетки могат да произвеждат вода, която може да се рециклира и да се използва като гориво отново, Изследователите експериментират с тези регенеративни горивни клетки, коитo са високоефективни и предлагат дълготрайна енергия. Томас Валдез, който разработва регенеративни горивни клетки в JPL, казва:

„Мисля, че е страхотно това, че можем да използваме техники, с които изучаваме реакциите в горивните клетки в такива области като астробиологията.“