Tanyakan Ethan: Seberapa cepat kehidupan dapat muncul di alam semesta?

Molekul organik ditemukan di daerah pembentukan bintang, di sisa-sisa bintang dan dalam gas antarbintang, di seluruh Bima Sakti. Pada prinsipnya, bahan-bahan planet berbatu dan kehidupan di atasnya dapat muncul di alam semesta kita dengan cukup cepat, dan jauh sebelum kemunculan Bumi.

Kisah tentang bagaimana Semesta telah menjadi apa yang kita lihat hari ini, dari Dentuman Besar hingga ruang besar yang penuh dengan kelompok, galaksi, bintang, planet, dan kehidupan, menyatukan kita semua. Dari sudut pandang penghuni planet Bumi, 2/3 dari sejarah ruang angkasa telah berlalu sebelum munculnya Matahari dan Bumi. Namun, kehidupan muncul di dunia kita selama kita dapat melihat ke masa lalu menggunakan pengukuran - bahkan mungkin 4,4 miliar tahun yang lalu. Ini membuat kita bertanya-tanya: bukankah kehidupan muncul di Semesta sebelum planet kita, dan, pada prinsipnya, berapa lama itu akan muncul? Pembaca kami ingin tahu ini:

Seberapa cepat setelah Ledakan Besar unsur-unsur berat dapat terakumulasi untuk membentuk planet, dan mungkin kehidupan?

Dan bahkan jika kita membatasi diri pada jenis kehidupan yang kita anggap "mirip dengan kehidupan kita," jawaban untuk pertanyaan ini akan mengirim kita lebih jauh ke masa lalu daripada yang dapat Anda bayangkan.


Endapan grafit yang ditemukan di zirkon adalah bukti tertua kehidupan berbasis karbon di Bumi. Deposito ini dan jumlah karbon-12 di dalamnya tanggal penampilan kehidupan di Bumi selama lebih dari 4 miliar tahun yang lalu.

Tentu saja, kita tidak bisa pergi ke permulaan alam semesta. Setelah Big Bang, tidak hanya ada bintang atau galaksi, bahkan atom pun tidak. Segala sesuatu membutuhkan waktu untuk penampilan, dan Semesta, yang berisi setelah lautan materi, antimateri dan radiasi, mulai eksis dengan keadaan yang agak seragam. Daerah terpadat adalah sebagian kecil dari persen - mungkin hanya 0,003% - lebih padat dari rata-rata. Ini berarti bahwa akan diperlukan periode waktu yang sangat lama untuk pekerjaan keruntuhan gravitasi untuk membuat, misalnya, sebuah planet yang 10-30 kali lebih padat daripada kerapatan rata-rata Semesta. Namun, Semesta punya waktu sebanyak yang diperlukan untuk penampilan semua ini.


Garis waktu standar untuk sejarah alam semesta. Meskipun Bumi muncul hanya 9,2 miliar tahun setelah Big Bang, banyak langkah yang diperlukan untuk menciptakan dunia seperti kita terjadi sangat awal

Setelah detik pertama, antimateri dimusnahkan dengan sebagian besar materi, dan beberapa proton, neutron, dan elektron tetap berada di lautan neutrino dan foton. Setelah 3-4 menit, proton dan neutron membentuk inti atom netral, tetapi hampir semuanya adalah isotop hidrogen dan helium. Dan hanya ketika Alam Semesta mendingin pada suhu tertentu, yang memakan waktu 380.000 tahun, elektron dapat bergabung dengan inti ini dan membentuk atom netral untuk pertama kalinya. Dan bahkan dengan bahan dasar ini, kehidupan - dan bahkan planet berbatu - sejauh ini mustahil. Atom hidrogen dan helium sendiri sangat diperlukan.


Dengan pendinginan Alam Semesta, inti atom muncul, dan setelah mereka, dengan pendinginan lebih lanjut - atom netral. Namun, hampir semua atom ini adalah hidrogen dan helium, dan hanya setelah jutaan tahun yang lalu bintang mulai terbentuk di mana unsur-unsur berat muncul, diperlukan untuk penampilan planet berbatu dan kehidupan

Tetapi keruntuhan gravitasi adalah kenyataan, dan memiliki waktu yang cukup, itu akan mengubah penampilan alam semesta. Meskipun pada awalnya itu membutuhkan waktu yang sangat lama, itu berlanjut tanpa lelah dan mendapatkan momentum. Semakin padat wilayah kosmos menjadi, semakin baik ia mengatur untuk menarik semakin banyak materi. Situs yang dimulai dengan kepadatan tertinggi tumbuh lebih cepat daripada yang lain, dan simulasi kami menunjukkan bahwa bintang pertama seharusnya terbentuk sekitar 50-100 tahun setelah Big Bang. Bintang-bintang ini seharusnya hanya terdiri dari hidrogen dan helium, dan dapat tumbuh hingga massa yang cukup besar: ratusan atau bahkan ribuan matahari. Dan ketika bintang sebesar itu terbentuk, ia akan mati dalam satu atau dua juta tahun.


Tetapi pada saat kematian bintang-bintang seperti itu, sesuatu yang menakjubkan terjadi - dan semuanya berkat kehidupan mereka. Semua bintang mensintesis helium dari hidrogen di inti, tetapi yang paling masif tidak hanya mensintesis karbon dari helium - mereka beralih ke sintesis oksigen dari karbon, neon / magnesium / silikon / sulfur dari oksigen, dan di sana ia pergi semakin jauh, maju di sepanjang tabel periodik unsur sampai mereka mencapai besi, nikel dan kobalt. Setelah itu, tidak ada tempat untuk pergi, dan inti runtuh, meluncurkan ledakan supernova. Ledakan-ledakan ini melemparkan sejumlah besar elemen berat ke Semesta, memunculkan generasi baru bintang dan memperkaya ruang antarbintang. Tiba-tiba, unsur-unsur berat, termasuk bahan-bahan yang diperlukan untuk penampilan planet berbatu dan molekul organik, mengisi protogalaxies ini.


Atom mengikat untuk membentuk molekul, termasuk molekul organik dan proses biologis, baik di planet maupun di ruang antarbintang. Segera setelah unsur-unsur berat yang diperlukan tersedia di Semesta, pembentukan "benih kehidupan" ini tidak bisa dihindari

Semakin banyak bintang yang hidup, terbakar, dan mati, generasi bintang berikutnya akan semakin diperkaya. Banyak supernova menciptakan bintang-bintang neutron, dan dalam fusi bintang-bintang neutron, jumlah terbesar unsur terberat dari tabel periodik muncul. Peningkatan proporsi unsur-unsur berat berarti peningkatan jumlah planet berbatu dengan kepadatan yang lebih tinggi, jumlah elemen yang diperlukan untuk kehidupan yang kita tahu, dan kemungkinan munculnya molekul organik kompleks. Kita tidak membutuhkan sistem bintang rata-rata Semesta untuk menyerupai tata surya; kita hanya perlu beberapa generasi bintang untuk hidup dan mati di wilayah ruang terpadat untuk mereproduksi kondisi yang cocok untuk penampilan planet berbatu dan molekul organik.


Di tengah-tengah sisa-sisa supernova RCW 103 adalah bintang neutron yang berputar perlahan, sebelumnya bintang masif, mencapai akhir masa hidupnya. Dan meskipun supernova mampu mengirim unsur-unsur berat yang disintesis dalam nukleus kembali ke Semesta, supernova berikutnya adalah fusi bintang neutron yang menciptakan sebagian besar unsur terberat.

Pada saat alam semesta baru berusia satu miliar tahun, objek yang paling jauh, kelimpahan unsur-unsur berat yang dapat diukur, mengandung banyak karbon : sebanyak yang ada di tata surya kita. Sejumlah elemen berat lainnya yang cukup diketik lebih cepat; karbon mungkin memerlukan lebih banyak waktu untuk mencapai konsentrasi tinggi karena terutama muncul di bintang-bintang yang tidak berubah menjadi supernova, dan bukan pada bintang-bintang ultra-masif yang meledak. Planet berbatu tidak membutuhkan karbon; elemen berat lainnya akan turun. (Dan banyak supernova membuat fosfor ; orang tidak perlu percaya laporan terbaru yang secara berlebihan melebih-lebihkan defisitnya). Kemungkinan hanya beberapa ratus juta tahun setelah penyalaan bintang pertama - pada saat Alam Semesta berusia 300 hingga 500 juta tahun - planet berbatu sudah terbentuk di sekitar bintang yang paling kaya.


Disk protoplanet di sekitar bintang muda, HL Taurus ; Foto ALMA . Kesenjangan dalam disk menunjukkan keberadaan planet baru. Setelah disk memiliki elemen yang cukup berat, planet berbatu dapat muncul di dalamnya.

Jika karbon tidak diperlukan untuk kehidupan, pada saat yang sama di wilayah tertentu dari proses kehidupan ruang dapat dimulai. Tetapi untuk kehidupan yang mirip dengan kita, karbon diperlukan, yang berarti bahwa untuk probabilitas yang baik dari penampilan kehidupan, Anda harus menunggu sedikit lebih lama. Meskipun atom karbon akan muncul, akan diperlukan waktu 1-1,5 miliar tahun untuk mengakumulasi jumlah yang cukup dari itu: sampai Semesta mencapai 10% dari usia saat ini, dan bukan hanya 3-4%, yang diperlukan hanya untuk penampilan berbatu. planet-planet. Sangat menarik untuk berpikir bahwa Semesta membentuk planet-planet dan semua bahan yang diperlukan dalam jumlah yang tepat untuk penampilan kehidupan, kecuali untuk karbon, dan bahwa untuk menciptakan jumlah yang cukup dari bahan paling penting dalam hidup, Anda perlu menunggu sampai bintang-bintang besar seperti matahari hidup dan mati.


Sisa-sisa Supernova (kiri) dan nebula planetary (kanan) - kedua metode ini memungkinkan bintang mengembalikan elemen berat yang terbakar kembali ke ruang antarbintang dan menggunakannya untuk penampilan bintang dan planet generasi berikutnya. Bintang seperti matahari, setelah kematiannya yang tetap menjadi nebula planet, adalah sumber utama karbon di alam semesta. Diperlukan waktu lebih lama untuk menghasilkannya, karena bintang-bintang, setelah kematian nebula planet muncul, hidup lebih lama daripada bintang-bintang yang mati dalam bentuk supernova.

Mengekstrapolasi ke masa lalu bentuk kehidupan paling maju di Bumi yang muncul di era yang berbeda adalah latihan yang menarik. Ternyata peningkatan kompleksitas genom mengikuti tren tertentu. Jika kita kembali ke pangkalan berpasangan yang terpisah, kita mendapatkan periode yang lebih mirip dengan 9-10 miliar tahun dibandingkan 12-13 miliar tahun lalu. Apakah ini indikasi bahwa kehidupan yang ada di Bumi muncul jauh lebih awal daripada Bumi itu sendiri? Dan apakah ini merupakan indikasi bahwa kehidupan dapat dimulai miliaran tahun yang lalu, dan dalam ruang angkasa kita, dibutuhkan beberapa miliaran tahun lagi untuk memulai?


Dalam grafik semi-log ini, kompleksitas organisme, yang diukur dengan panjang DNA non-redundan fungsional relatif terhadap genom, dihitung dari basa berpasangan nukleotida, meningkat secara linear seiring waktu. Waktu dihitung kembali dalam miliaran tahun dari saat ini.

Saat ini, kami tidak tahu ini. Tetapi kita tidak tahu di mana garis antara kehidupan dan bukan kehidupan. Kita juga tidak tahu apakah kehidupan di bumi dimulai di sini, di planet yang terbentuk sebelumnya, atau di suatu tempat di kedalaman ruang antarbintang, tanpa planet sama sekali .


Banyak asam amino yang tidak ditemukan di alam ditemukan di meteorit Murchison , yang jatuh ke bumi di Australia pada tahun 1969. Fakta bahwa ada lebih dari 80 jenis asam amino unik dalam batu kosmik yang sederhana menunjukkan bahwa bahan untuk kehidupan, atau bahkan kehidupan itu sendiri, tidak muncul di planet ini sama sekali.

Sangat menarik bahwa bahan-bahan mentah yang diperlukan untuk kehidupan muncul tak lama setelah pembentukan bintang-bintang pertama, dan bahan terpenting - karbon, unsur paling melimpah keempat di Semesta - adalah bahan terbaru untuk mencapai jumlah yang kita butuhkan. Planet-planet berbatu di beberapa tempat muncul jauh lebih awal daripada kehidupan: hanya setengah miliar tahun setelah Ledakan Besar, atau bahkan lebih awal. Tetapi segera setelah kita memiliki cukup karbon, 1 - 1,5 miliar tahun setelah Big Bang, semua langkah yang diperlukan untuk penampilan molekul organik dan awal gerakan menuju kehidupan menjadi tak terhindarkan. Tidak peduli apa proses kehidupan yang menyebabkan munculnya umat manusia, sejauh kita memahaminya, mereka dapat memulai perjalanan mereka ketika Alam Semesta sepuluh kali lebih kecil dari sekarang.