गर्म झरनों में मौजूद खनिजों से धरती पर जीवन की शुरुआत का पता चला

(क्वोक फुओंग ट्रान, यूएनएसडब्ल्यू सिडनी)

सिडनी, 29 नवंबर (द कन्वरसेशन) सबसे बड़े वैज्ञानिक रहस्यों में से एक यह है कि पृथ्वी पर जीवन की शुरुआत कहां से हुई।

शोध में अक्सर गहरे समुद्र में हाइड्रोथर्मल वेंट की भूमिका पर ध्यान केंद्रित किया जाता है-समुद्र तल पर स्थित वे ऊंची संरचनाएं जो लगातार कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों का मिश्रण बाहर निकालती रहती हैं।

इनमें आयरन सल्फाइड नामक खनिज होते हैं, जिनके बारे में वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि इनसे जीवन आरंभ करने वाली शुरुआती रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने में मदद मिली होगी। ये वही खनिज हैं जो आज गर्म झरनों में भी पाए जाते हैं, जैसे कि अमेरिका के येलोस्टोन नेशनल पार्क में ग्रैंड प्रिज़मैटिक स्प्रिंग। गर्म झरने पृथ्वी की सतह के नीचे ज्वालामुखी गतिविधि द्वारा गर्म भूजल से निकलते हैं।

हमारा नया शोध इस बात के छोटे लेकिन बढ़ते प्रमाणों में शामिल है कि इन गर्म झरनों के प्राचीन संस्करणों ने पृथ्वी पर जीवन के उद्भव में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई होगी। यह उन प्रतिस्पर्धी परिकल्पनाओं के बीच की खाई को पाटने में मदद करता है, जहां जीवन का उद्भव हो सकता है।

भू-रसायन विज्ञान से जीव विज्ञान तक

कार्बन फिक्सेशन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा कोई जीव हवा में मौजूद और पानी में घुली कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक अणुओं में बदल देते हैं।

पौधे, बैक्टीरिया और आर्किया के नाम से जाने जाने वाले सूक्ष्मजीवों सहित कई जीव रूपों में इसे प्राप्त करने के लिए अलग-अलग रास्ते हैं। प्रकाश संश्लेषण इसका एक उदाहरण है।

इनमें से प्रत्येक तरीके में एंजाइम और प्रोटीन का एक झरना होता है, जिनमें से कुछ में लोहे और सल्फर से बने कोर होते हैं। हम सभी प्रकार के जीवन में इन लौह-सल्फर समूहों वाले प्रोटीन पा सकते हैं। वास्तव में, शोधकर्ताओं का कहना है कि वे अंतिम सार्वभौमिक सामान्य पूर्वज-एक प्राचीन पैतृक कोशिका से जुड़े हैं, जिससे जीवन विकसित हुआ और विविधतापूर्ण हुआ।

लौह सल्फाइड वे खनिज हैं जो तब बनते हैं जब घुला हुआ लोहा हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ प्रतिक्रिया करता है-हाइड्रोजन सल्फाइड एक ज्वालामुखीय गैस है जो गर्म झरनों को सड़े हुए अंडे की तरह गंध देती है।

लौह सल्फाइड और कार्बन फिक्सेशन के बीच इस संबंध से कुछ शोधकर्ताओं की यह राय है कि इन खनिजों ने प्रारंभिक पृथ्वी भू-रसायन विज्ञान से लेकर जीव विज्ञान तक के संक्रमण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी।

हमारा नया प्रकाशित शोध प्राचीन भूमि-आधारित गर्म झरनों में लौह सल्फाइड की रासायनिक गतिविधि की जांच करके इस ज्ञान का विस्तार करता है, जिसमें गहरे समुद्र के झरनों के समान भू-रसायन विज्ञान है।

खास तरह का कक्ष

हमने एक छोटा कक्ष तैयार किया जो हमें प्रारंभिक पृथ्वी पर गर्म पानी के झरने के वातावरण का अनुकरण करने में मदद करेगा। फिर हमने संश्लेषित आयरन सल्फाइड के नमूनों को कक्ष में फैलाया। कुछ शुद्ध थे। अन्य को गर्म झरनों में आम तौर पर पाए जाने वाले अन्य धातुओं के साथ मिलाया गया। इन नमूनों के ऊपर एक लैंप ने पृथ्वी की प्रारंभिक सतह पर सूर्य के प्रकाश की नकल की। ​​अलग-अलग मात्रा में पराबैंगनी विकिरण के साथ प्रकाश की नकल करने के लिए अलग-अलग लैंप का इस्तेमाल किया गया।

कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन गैस को लगातार चैंबर के माध्यम से पंप किया गया। इन गैसों को गहरे समुद्र के वेंट प्रयोगों में कार्बन फिक्सेशन के लिए महत्वपूर्ण दिखाया गया है।

हमने पाया कि संश्लेषित सभी आयरन सल्फाइड नमूने अलग-अलग हद तक कार्बन फिक्सेशन के एक उत्पाद मेथनॉल का उत्पादन करने में सक्षम थे। इन परिणामों से पता चला कि आयरन सल्फाइड न केवल गहरे समुद्र के हाइड्रोथर्मल वेंट में बल्कि भूमि-आधारित गर्म झरनों में भी कार्बन फिक्सेशन को सुविधाजनक बना सकते हैं।

दृश्य प्रकाश विकिरण और उच्च तापमान पर मेथनॉल उत्पादन में भी वृद्धि हुई। विभिन्न तापमान, प्रकाश और जल-वाष्प सामग्री के साथ प्रयोगों ने प्रदर्शित किया कि आयरन सल्फाइड ने संभवतः प्रारंभिक पृथ्वी पर भूमि-आधारित गर्म झरनों में कार्बन फिक्सेशन की सुविधा प्रदान की।

एक प्राचीन मार्ग

अतिरिक्त प्रयोगों और सैद्धांतिक गणनाओं से पता चला कि मेथनॉल का उत्पादन एक तंत्र के माध्यम से होता है जिसे रिवर्स वॉटर-गैस शिफ्ट कहा जाता है।

हम कुछ बैक्टीरिया और आर्किया द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड को भोजन में बदलने के लिए उपयोग किए जाने वाले मार्ग में एक समान प्रतिक्रिया देखते हैं। इस मार्ग को ‘‘एसिटाइल-सीओए’’ या ‘‘वुड-लुंगडाहल’’ मार्ग कहा जाता है। इसे कार्बन फिक्सेशन का सबसे प्रारंभिक रूप माना जाता है जो प्रारंभिक जीवन में उभरा था।

दोनों प्रक्रियाओं के बीच यह समानता दिलचस्प है क्योंकि पहली प्रक्रिया शुष्क भूमि पर, गर्म झरनों के किनारे पर होती है, जबकि दूसरी प्रक्रिया कोशिकाओं के अंदर गीले वातावरण में होती है। हमारा अध्ययन विभिन्न प्रकार की परिस्थितियों में मेथनॉल उत्पादन को प्रदर्शित करता है जो पृथ्वी के शुरुआती गर्म झरनों में पाई जा सकती थीं।

हमारे निष्कर्षों से उन स्थितियों की सीमा का विस्तार होता है जहां आयरन सल्फाइड कार्बन फिक्सेशन को सुविधाजनक बना सकते हैं। वे दिखाते हैं कि यह गहरे समुद्र और ज़मीन दोनों पर हो सकता है-हालांकि अलग-अलग तंत्रों के जरिए।

(द कन्वरसेशन) आशीष माधव

माधव