Typpi on yksi niistä alkuaineista, joita välttämättä tarvitaan elämän raaka-aineeksi. Se on peruspalikka perimää kuljettavassa dna-molekyylissä ja proteiinien aminohapoissa.
Jo ennen elämän syntyä typpeä oli Maan ilmakehässä. Ilmakehän typpi on kuitenkin hankalassa muodossa, kahden toisiinsa tiukasti sitoutuneen typpiatomin muodostamina molekyyleinä.
Ilmakehän typpi ei hevin reagoi muiden aineiden kanssa eikä siis muodosta nitraattia tai muita yhdisteitä, joita elämä tarvitsee.
Vain jotkin mikrobit pystyvät pelkistämään typpeä ilmasta kasveille ja sienille sopivaan muotoon. Elävä luonto kierrättää sitten typpeä eteenpäin ketterästi.
Mutta kun ei vielä ollut mikrobeita eikä mitään muuta elämää, mikä muutti typen muotoon, joka elämän muodostumiseen vaadittiin?
Vulkaaninen salama tammikuussa 2020 tulivuori Taalin purkauksessa Filippiineillä.
Turkin ja Perun maaperästä on löytynyt miljoonia tonneja typpiyhdiste nitraattia, joka näyttää syntyneet tulivuorenpurkauksiin liittyneen salamoinnin seurauksena.
Löytö vahvistaa oletusta, että salamointi on aikojen alussa auttanut elämää alkuun maapallolla.
Nitraatista löytyi myös atomipainoltaan erilaisia happiatomeita samassa suhteessa kuin niitä on ilmakehän otsonissa. Tästä tutkijaryhmä päätteli, että nitraatti oli syntynyt ilmakehässä eikä maaperässä.
Ryhmä kertoi löydöstään Euroopan geotieteiden yhdistyksen konferenssissa.
”Ajatus salamoiden roolista ei ole uusi. Merkittävää on, että teorian tueksi on löydetty suuria kerrostumia typpiyhdisteitä”, kommentoi astrobiologi Kirsi Lehto Turun yliopistosta.
Tähän asti kukaan ei ole etsinyt typpeä tulivuorenpurkauksissa syntyneistä vulkaanisista kerroksista, sanoo tutkimukseen osallistunut tulivuoritutkija Erwan Martin Sorbonnen yliopistosta Science News -verkkolehdessä.
Salamoiden energia riittää repimään ilman typpiatomeita irti toisistaan.
”On selvää, että siihen on tarvittu iso energia”, Lehto sanoo.
Ukonilmojen salamat hajottavat typpimolekyylejä ilmakehässä kaiken aikaa, mutta pieninä määrinä, jotka leviävät suurille alueille.
Tulivuorenpurkausten yhteydessä syntyy vulkaanista salamointia, joka on hyvin voimakasta ja keskittyy pienelle alueelle.
””Runsas kemiallinen aktiivisuus on voinut tuottaa jopa useita alkeellisia elämän alkuja.”
Kraattereista purkautuvissa tuhkapilvissä toisiinsa hankautuvat hiukkaset varautuvat sähköisesti, ja varaukset purkautuvat salamointina. Vuonna 2022 Indonesiassa tapahtuneessa tulivuorenpurkauksessa iski yhden päivän aikana 400 000 salamaa.
Martinin ryhmä löysi Turkista ja Perusta jäljet kymmenestä räjähtävästä tulivuorenpurkauksesta, joista ensimmäinen tapahtui 20 miljoonaa vuotta sitten ja viimeinen miljoona vuotta sitten.
Ryhmä arvioi, että jokaisessa purkauksessa muodostui ja varastoitui maahan noin 60 miljoonaa tonnia nitraattia.
Elämä sai alkunsa maapallolla arviolta 3,7 miljardia vuotta sitten eli paljon ennen kuin ryhmän tutkimat vulkaaniset kerrostumat syntyivät. Maan varhaiset vuodet olivat kuitenkin täynnä valtavia tulivuorenpurkauksia.
Lehto sanoo, että tulivuorten toiminta muodosti muutenkin suotuisan ympäristön elämän alkamiselle. Purkaukset tupruttivat ilmoille hiiliyhdisteitä, ja salamat hajottivat ilmasta sekä hiiltä että typpeä.
Aineet satoivat maahan ja kerääntyivät lammikoihin kuumalla laavakentällä.
Siellä haihtuminen konsentroi aineita ja edisti tarvittavien yhdisteiden muodostumista. Muut Maan nykyisen elämän vaatimat alkuaineet typen lisäksi olivat hiili, happi, rikki, vety ja fosfori.
Lehdon mukaan kukaan ei tunne elämän ensi askeleiden kulkua tarkasti, mutta olot olivat tuolloin otolliset.
Elämän synnyn tutkija Stanley Miller osoitti kokeellisesti jo 1950-luvulla, että sähköiskut eli simuloitu salamointi synnyttää ilmakehän kaasuista runsaasti erilaisia orgaanisia happoja.
”Runsas kemiallinen aktiivisuus on voinut tuottaa jopa useita alkeellisia elämän alkuja”, Lehto sanoo. Niistä on valikoitunut vain yksi toimiva elämän linja, joka on jatkunut tähän päivään.
Oikaisu 17. toukokuuta kello 12.30: Ingressissä ja tekstissä parissa kohdassa mainittiin virheellisesti, että salamat pelkistivät typpeä.