Hallo, ik ben Sarah Maurer en in deze les gaan we uitzoeken hoe de Aarde eruit zag 4.2 tot 4.3 miljard jaar geleden, en wat dat betekent voor de oorsprong van het leven. Het eerste dat je moet weten, is hoe het geochemische landschap van de vroege Aarde eruit zag. Er was zeker reeds een oceaan, die warmer was dan de huidige oceanen, en die oceaan was waarschijnlijk ook wat zouter dan de oceanen, op de planeet van vandaag. Bovendien waren er ook landmassa's, die waarschijnlijk door vulkanische activiteit waren gevormd, en mogelijks ook door platentektoniek, maar dat is nog niet volledig gekend. En op deze continenten bevonden zich waarschijnlijk meren en plassen met zoet water, door neerslag. Andere vormen van water bevonden zich eventueel in tijdelijke rivieren, die ontstaan zijn door diverse weersomstandigheden. Bovendien bestonden al deze oppervlakken, al deze continenten, bestonden uit mineralen, verschillende types mineralen die beschikbaar waren op de vroege Aarde. Deze mineraaloppervlakken zijn zeer goede locaties voor processen zoals katalyse en het opwekken van energie. Dat hebben we vandaag niet, want bijna alle mineralen op Aarde nu zijn bedekt met een laagje van leven. De diverse chemische reacties die op de vroege Aarde plaatsvonden, waren gemengd door een verscheidenheid aan allerlei processen. En, net zoals we vandaag op de Aarde zien waren er waarschijnlijk getijden, er was vermengen tussen de oceaan en de binnenmeren, via evaporatie, aerosoldeeltjes, die zich in de lucht verspreidden, en die naar een andere locatie dreven. We hadden vulkanische wolken, die moleculen over het continent verspreidden, en dan heb je ook dingen zoals hydrothermale bronnen op plaatsen in de diepzee, waar andere sets chemische reacties voorkomen. Al deze vermenging leidde uiteindelijk tot een unieke chemische verzameling via verscheidene chemische reacties die een divers gamma componenten tot stand deed komen, waarin de vroegste organismen in konden ontstaan. Onderzoekers naar de oorsprong van het leven, gebruiken deze locaties en bouwen, waar we soms naar verwijzen als een warm vijvertje, zoals Darwin als eerste voorstelde. En in deze vijvertjes is er zoet water, dat binnenstroomt en de aanwezige moleculen hydrateert zodat ze met elkaar kunnen reageren en complexe biologische moleculen vormen. Misschien verdampt dit water, en veroorzaakt polymerisatie terwijl er condensatie plaatsvindt. En dan worden ze opnieuw gehydrateerd en ingekapseld in het eerste celmembraan. En deze eerste celmembranen kunnen huisvesting bieden aan vroege vormen van RNA, of ze kunnen verschillende catalytische netwerken genereren, die met elkaar reageren. Via opeenvolgende generaties zullen ze evolueren naar het leven dat we vandaag zien. En waar deze locaties zich bevinden, of dat nu in de diepzee is, of in vulkanische kraters, of zoals je hier geïllustreerd ziet als een inslagkrater. Het wordt fel bediscussieerd onder de wetenschappers in deze sector. Maar wat we wel weten, is dat er vele verschillende omgevingen waren op de Aarde, waar het leven kon ontstaan zijn. De energiebronnen die onze chemische inventaris gaan bouwen, komen van twee zeer verschillende plaatsen We hebben chemische energie, die voorkomt als gereduceerde gassen, of reactieve gassen zoals H2 gas, waterstofgas. We hadden ook veel radioactief materiaal die complexe straling kon genereren, wat leidt tot vorming van vrije radicalen, en interessante koolstofchemie. En ook mineralen dienden als energiebron want ze zijn vaak zeer goede elektrondonors. Redoxreacties sturen daarom de meeste van de metabolische processen die wij hebben in het nu bestaande leven. De andere energiebronnen die we hebben zijn omgevingsfactoren. En dit zijn dingen zoals bliksem, of ioniserende straling, en ook constante energiebronnen uit de omgeving zoals een hoge temperatuur en een hoge druk, in de vorm van hydrothermale bronnen. Al deze verschillende energiebronnen worden ingeroepen om ons initieel chemische verzameling op te bouwen. Het eerste echt goede voorbeeld ervan was het experiment van de elektrische ontlading, ook gekend als het Miller/Urey experiment, genoemd naar de onderzoekers die dit ontdekten. Als je een elektrische vonk, in dit geval, via elektrodes, in een kamer brengt, waarin wat wij denken, de componenten van de Aardes vroegste atmosfeer zitten, hier getoond als methaan, waterstof, water en ammonia, dan eindig je met een complexe verzameling van biomoleculen, zoals getoond in de tabel. Je kan zien dat glycine, is een belangrijke component van de prebiotische soep die ze gemaakt hadden. En glycine is een van onze essentiële aminozuren en daarom is dit een veelbelovend mechanisme voor het produceren van interessante koolstofverbindingen. We hebben ook alanine, asparaginezuur, glutaminezuur, andere aminozuren, en dan, mierenzuur, en azijnzuur, die deel zijn van de gereduceerde koolstofverzameling die we nodig hebben om vroeg metabolisme te maken. Ook al is deze versie van het experiment misschien niet waarheidsgetrouw voor de vroege omgeving, want methaan was waarschijnlijk niet aanwezig op de vroege Aarde, als je methaan inruilt voor koolstofdioxide, dan krijgt je een licht gewijzigde versie van het eerste experiment, met verschillende abundanties en licht verschillende producten. Maar je krijgt nog steeds een diverse verzameling aan chemische componenten, die gebruikt konden worden om het eerste leven te genereren. De andere belangrijke bron van organische componenten, is via interplanetaire stofdeeltjes. Ofwel aanlevering van koolstof aan de Aarde uit het zonnestelsel. Dus, toen er Aarde zich begon te vormen, 4,5 miljard jaar geleden, was het zonnestelsel nog in de fase van accretie, Al deze kleine, kleinere deeltjes werden naar de Aarde toe getrokken, door de aantrekkingskracht van de Aarde. En deze deeltjes hebben een andere chemie, en andere energiebronnen, die toen beschikbaar waren voor ze, in de ruimte, in feite. En, een van de beroemdste voorbeelden hiervan is de Murchison meteoriet, hier op de foto, Je ziet dat deze een groot aantal interessante koolstofcomponenten bevat, waaronder amfifielen, die membraanstructuren kunnen vormen, polycyclisch aromatische waterstoffen, alcoholen, en zelfs enkele interessante alifatische koolwaterstoffen die metabolische componenten zouden kunnen zijn. Als we kijken naar andere koolstofhoudende chondrieten, die slechts een fractie uitmaken van het totale vloedgolf aan meteoren die de Aarde kreeg, dan zien we dat elke meteoor of meteoriet een andere chemische verzameling bezit. Deze chemische verzamelingen worden geproduceerd omdat de reacties in de ruimte afhankelijk zijn van de soorten energie waar dat deeltje aan onderhevig was. Deze deeltjes bestaan dus uit water en koolstofmonoxide, en methaan misschien, stikstof. En als hoge-energie straling zoals UV-straling, het deeltje raakt, dan worden vrije radicalen gevormd, wat ervoor zorgt dat zeer eigenaardige chemische reacties plaatsvinden. En dat leidt tot complexe koolstofchemie. Er is voorts ook hitte, gasfase bombardement, en misschien nog andere vormen van ioniserende straling die deze zeer boeiende koolstofverbindingen kan genereren. Waren er dan eigenlijk genoeg reacties om een complexe chemische verzameling te genereren, die tot leven kon leiden? Als we een raming maken, van hoe dikwijls deze plaatsvonden, en een compilatie maken van alle verschillende bronnen van koolstof, dan krijgen we honderd miljard kilogram per jaar van prebiotisch organisch materiaal, dat gesynthetiseerd werd op Aarde, tijdens deze periode. We denken dat er zeker genoeg materiaal was, voor het leven om een vliegende start te maken, en voor abiogenese, om plaats gevonden te hebben.