Bez Jupiteru by Země nikdy nezískala dostatek fosforu a dusíku – dvou prvků nezbytných pro vznik DNA, RNA i bílkovin

Odkud se na Zemi vzaly chemické prvky nezbytné pro vznik života? Právě na tuto otázku se zaměřila nová studie planetárního vědce Rajdeepa Dasgupty a jeho kolegů. Jejich výsledky naznačují, že významná část zásob fosforu a dusíku – dvou prvků naprosto zásadních pro existenci živých organismů – byla na mladou Zemi dopravena asteroidy vzniklými ve vnitřní části Sluneční soustavy. A celý tento proces mohl být zásadně ovlivněn přítomností největší planety našeho systému – Jupiteru.

Dva prvky, bez nichž by život neexistoval

Při hledání původu života je klíčovou otázkou, odkud pocházejí základní chemické suroviny potřebné pro vznik živých buněk. A mezi ty nejdůležitější patří dusík a fosfor.

Dusík je nezbytnou součástí aminokyselin, z nichž jsou tvořeny bílkoviny. Fosfor zase představuje klíčovou složku DNA a RNA, tedy molekul nesoucích genetickou informaci. Bez těchto prvků by život v podobě, jakou známe dnes, nemohl existovat.

Přestože se výzkumy původu života dlouhodobě soustředí na prvky jako uhlík, vodík, kyslík nebo síru, otázka původu fosforu na Zemi byla dosud zkoumána poměrně málo. Nová studie se proto zaměřila právě na něj.

Chemický otisk dávné minulosti

Vědci hledali odpověď pomocí takzvaného chemického „otisku prstu“. Poměry jednotlivých prvků mohou prozradit, odkud daný materiál původně pocházel. Pokud se podaří určit poměr fosforu a dusíku v kamenné části Země, lze jej porovnat s různými typy těles vznikajících v rané Sluneční soustavě.

Výzkumníci proto zkombinovali laboratorní experimenty s počítačovými simulacemi. V laboratoři napodobovali proces chladnutí a krystalizace mladých asteroidů, během něhož se jednotlivé prvky rozdělují do různých vrstev tělesa.

Současně vytvářeli numerické modely vývoje planetesimál – zárodků budoucích planet vznikajících z prachu a kamenného materiálu obíhajícího kolem mladého Slunce.

Tyto simulace umožnily sledovat, jak se fosfor a dusík šířily ranou Sluneční soustavou a jak se dostávaly do těles, která se později podílela na vzniku planet.

Fosfor a dusík z planetesimál

Výsledky ukázaly, že dnešní Země obsahuje fosfor a dusík ve velmi podobném poměru, jaký měly kamenné planetesimály vzniklé mezi Sluncem a Jupiterem přibližně před 4,3 až 4,2 milionu let po zrodu Sluneční soustavy.

Podle modelů šlo o druhou generaci planetesimál, které vznikly v době, kdy se Země teprve formovala. Právě tato tělesa zřejmě přinesla značnou část zásob fosforu a dusíku do rostoucí planety.

Některé z těchto objektů byly zachyceny gravitací mladé Země a staly se součástí její hmoty. Jiné byly na kolizní dráhy nasměrovány srážkami nebo gravitačními interakcemi s okolními tělesy. V pozadí celého procesu však stál ještě jeden důležitý hráč – Jupiter.

Obr, který změnil tok materiálu

Jupiter vznikl dříve než Země a jeho mohutná gravitace výrazně ovlivňovala pohyb plynu, prachu i kamenného materiálu v protoplanetárním disku obklopujícím mladé Slunce.

Před vznikem Jupiteru proudil materiál v disku převážně směrem ven od Slunce. Spolu s ním se do vzdálenějších oblastí přesouvaly také zásoby fosforu a dusíku. Když se však Jupiter zformoval, začal tento tok účinně blokovat. Jeho gravitační vliv vytvořil jakousi bariéru, která zadržela značnou část materiálu ve vnitřní Sluneční soustavě. Díky tomu zde zůstalo více hornin, prachu i plynu obsahujících prvky důležité pro vznik života.

Když se následně z tohoto materiálu formovala druhá generace planetesimál, obsahovala vyšší podíl fosforu vůči dusíku než starší tělesa vznikající za drahou Jupiteru. Právě tato tělesa se později stala zdrojem látek, které byly dopraveny na rodící se Zemi.

Extrasolární Země a extrasolární Jupitery

Studie naznačuje, že Jupiter nebyl pouze pasivním členem Sluneční soustavy, ale aktivně ovlivnil rozložení chemických prvků v celém systému. Jeho existence mohla být jedním z rozhodujících faktorů, které umožnily Zemi získat dostatečné množství látek nezbytných pro vznik života.

Výsledky proto otevírají zajímavou otázku pro výzkum exoplanet. Pokud obří planeta podobná Jupiteru sehrála při distribuci životně důležitých prvků tak zásadní roli, mohla by její absence v jiných planetárních soustavách výrazně ovlivňovat šance na vznik obyvatelných světů.

Zda lze vytvořit planetu s podobně bohatou zásobou prvků nezbytných pro život i bez přítomnosti Jupiteru podobného obra, zůstává podle autorů zatím otevřenou otázkou. Nová studie však ukazuje, že při hledání života ve vesmíru nemusí být důležité pouze to, kde se která planeta nachází, ale také jaké obří planety ji během jejího vzniku doprovázely.