Новое исследование, проведенное Лори Бардж из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, демонстрирует уникальный способ изучения происхождения жизни: топливные элементы.Топливные элементы используются в специализированных автомобилях, самолетах и человеческих космических кораблях НАСА, таких как космический шаттл, который сейчас находится на пенсии. По выработке электричества и мощности элементы аналогичны батареям, но для них требуется топливо, например газообразный водород.
В новом исследовании топливные элементы используются не для энергии, а для тестирования химических реакций, которые, как считается, привели к развитию жизни.«Что-то в Земле привело к появлению жизни, и мы думаем, что одним из важных факторов было то, что планета вырабатывает электроэнергию на морском дне», — сказал Бардж. «Эта энергия могла дать толчок жизни — и могла поддерживать жизнь после того, как она возникла.
Теперь у нас есть способ тестирования различных материалов и окружающей среды, которые могли бы помочь зародиться жизни не только на Земле, но, возможно, на Марсе, Европе и другие места в солнечной системе ".Бардж является членом группы JPL «Ледяные миры» Института астробиологии НАСА, базирующейся в исследовательском центре НАСА Эймс в Моффетт-Филд, Калифорния. Статья этой группы появится в Интернете 13 марта в журнале Astrobiology.
Одна из основных функций жизни, которую мы знаем, — это способность накапливать и использовать энергию. В клетках это форма метаболизма, включающая перенос электронов от одной молекулы к другой.
Этот процесс работает в нашем собственном теле, давая нам энергию.Топливные элементы похожи на биологические в том, что электроны также передаются к молекулам и от них. В обоих случаях это приводит к электричеству и мощности.
Чтобы топливный элемент работал, ему необходимо топливо, такое как газообразный водород, а также электроды и катализаторы, которые помогают переносить электроны. Электроны передаются от донора электронов (например, водорода) к акцептору электронов (например, к кислороду), в результате чего возникает ток. В ваших клетках металлосодержащие ферменты — ваши биологические катализаторы — переносят электроны и генерируют энергию для жизни.
В экспериментах команды электроды и катализаторы топливных элементов сделаны из примитивного геологического материала, который, как считается, существовал на ранней Земле. Если этот материал может помочь переносить электроны, исследователи будут наблюдать электрический ток. Тестируя различные типы материалов, эти эксперименты с топливными элементами позволяют ученым сузить круг вопросов химии, которая могла иметь место, когда на Земле впервые возникла жизнь.
«Мы предлагаем здесь моделировать энергетические процессы, которые могли бы преодолеть разрыв между геологическими процессами на ранней Земле и возникновением биологической жизни на этой планете», — сказал Терри Ки из Университета Лидса, Англия, один из соавторы исследования.«Мы возвращаемся в прошлое, чтобы проверить определенные минералы, например, содержащие железо и никель, которые были обычным явлением на ранней Земле и могли привести к биологическому метаболизму», — сказал Бардж.Исследователи также протестировали материал из маленьких "дымоходов", выращенных в лаборатории, имитируя огромные конструкции, которые вырастают из гидротермальных жерл, выстилающих дно океана. Эти «химические сады» — возможные места для химических реакций до жизни.
Когда команда использовала материал из выращенных в лаборатории дымовых труб в топливных элементах, были обнаружены электрические токи. Бардж сказал, что это предварительное испытание, показывающее, что гидротермальные трубы, сформированные на ранней Земле, могут переносить электроны — и, следовательно, могут запускать некоторые из первых энергетических реакций, ведущих к метаболизму.Эксперименты также показали, что топливные элементы можно использовать для тестирования других материалов с нашей древней Земли.
И если жизнь действительно возникла на других планетах, эти условия тоже можно проверить.«Мы можем просто поменять местами океан и полезные ископаемые, которые могли существовать на раннем Марсе», — сказал Бардж. «Поскольку топливные элементы имеют модульную конструкцию, то есть вы можете легко заменять части другими частями, мы можем использовать эти методы для исследования способности любой планеты дать толчок развитию жизни».В JPL топливные элементы предназначены не только для изучения жизни, но также разрабатываются для долгосрочных космических полетов человека. Водородные топливные элементы могут производить воду, которую можно переработать и снова использовать в качестве топлива.
Исследователи экспериментируют с этими усовершенствованными регенеративными топливными элементами, которые обладают высокой эффективностью и обеспечивают длительный срок службы.Томас И. Вальдес, который занимается разработкой регенеративных топливных элементов в JPL, сказал: «Я думаю, это здорово, что мы можем перенести методы, используемые для изучения реакций в топливных элементах, в такие области, как астробиология».Другие авторы статьи: Иврия Дж. Долобофф, Чунг-Куанг Лин, Ричард Д. Кидд и Исик Каник из группы JPL Icy Worlds; Джошуа М. П. Хэмптон из Химической школы Университета Лидса, Мохаммед Исмаил и Мохамед Пуркашанян из Центра гидродинамики Университета Лидса; Джон Зейтуниан из Университета Южной Калифорнии, Лос-Анджелес; и Марк М. Баум и Джон А. Мосс из Научного института Оук-Крест, Пасадена.
JPL управляется Калифорнийским технологическим институтом в Пасадене для НАСА.Для получения дополнительной информации об Институте астробиологии НАСА посетите: http://astrobiology.nasa.gov/nai