Cairan mata air panas yang jernih memuntahkan dari struktur bedak di ladang ventilasi Von Damm, satu setengah mil di bawah Laut Karibia. Para peneliti menunjukkan bahwa cairan yang berasal dari Von Damm dan daerah mata air panas lainnya di sekitar sistem pegunungan tengah laut global mengandung senyawa belerang, methanethiol, yang menunjukkan kehidupan bawah permukaan pirolisis. Titik-titik laser merah terpisah 10cm, untuk skala. Foto milik Little Hercules ROV, NOAA Okeanos Explorer Program, Mid-Cayman Rise Expedition 2011. (Institusi Oseanografi Woods Hole)
Penelitian baru dari Woods Hole Oceanographic Institution menguji teori bahwa reaksi metabolisme sederhana di dekat mata air panas dasar laut kuno memungkinkan kehidupan seperti yang kita ketahui dimulai.
Salah satu misteri terbesar yang dihadapi manusia adalah bagaimana kehidupan bermula di Bumi. Para ilmuwan telah menentukan kira-kira kapan kehidupan dimulai (kira-kira 3,8 miliar tahun yang lalu), tetapi masih ada perdebatan sengit tentang bagaimana tepatnya kehidupan dimulai. Satu kemungkinan – bahwa reaksi metabolisme sederhana muncul di dekat mata air panas dasar laut kuno, memungkinkan lompatan dari dunia tak hidup ke dunia hidup – semakin populer dalam dua dekade terakhir.
Penelitian terbaru oleh ahli geokimia Eoghan Reeves, Jeff Seewald, dan Jill McDermott di Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) adalah yang pertama menguji asumsi mendasar dari hipotesis ‘metabolisme pertama’ ini, dan menemukan bahwa itu mungkin tidak semudah yang diasumsikan sebelumnya. . Sebaliknya, temuan mereka bisa memberikan fokus untuk pencarian kehidupan di planet lain. Karya tersebut diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Science.
Pada tahun 1977, para ilmuwan menemukan komunitas biologis yang secara tak terduga hidup di sekitar lubang hidrotermal dasar laut, jauh dari sinar matahari dan tumbuh subur di sup kimia yang kaya akan hidrogen, karbon dioksida, dan belerang, yang dimuntahkan dari geyser. Terinspirasi oleh temuan ini, para ilmuwan kemudian mengusulkan bahwa lubang hidrotermal menyediakan lingkungan yang ideal dengan semua bahan yang dibutuhkan untuk kehidupan mikroba muncul di awal Bumi. Tokoh sentral dalam hipotesis ini adalah senyawa karbon sederhana yang mengandung sulfur yang disebut “methanethiol” – prekursor geologis yang diduga dari enzim Acetyl-CoA yang ada di banyak organisme, termasuk manusia. Para ilmuwan menduga methanethiol bisa menjadi “adonan awal” dari mana semua kehidupan muncul.
Untuk mengumpulkan sampel mereka, para peneliti pergi ke situs lubang hidrotermal di mana ahli kimia memperkirakan mereka akan menemukan methanethiol yang melimpah, dan lainnya di mana diperkirakan sangat sedikit terbentuk. Secara total, mereka mengukur distribusi methanethiol dalam 38 cairan hidrotermal dari berbagai lingkungan geologis yang berbeda termasuk sistem di sepanjang Mid-Atlantic Ridge, Guaymas Basin, East Pacific Rise, dan Mid-Cayman Rise – survei yang belum pernah terjadi sebelumnya – selama periode antara 2008 dan 2012. (Meg Tivey, Woods Hole Oceanographic Institution)
Pertanyaan yang diajukan Reeves dan rekan-rekannya untuk diuji adalah apakah methanethiol—pendahulu kehidupan yang penting—dapat terbentuk di lokasi ventilasi modern dengan cara kimiawi murni tanpa keterlibatan kehidupan. Mungkinkah methanethiol menjadi jembatan antara dunia kimiawi yang tidak hidup dan kehidupan mikroba pertama di planet ini?
Karbon dioksida, hidrogen, dan sulfida adalah bahan umum yang ada dalam cairan perokok hitam hidrotermal. “Pemikirannya adalah membuat methanethiol dari bahan dasar ini di lubang hidrotermal dasar laut seharusnya menjadi proses yang mudah,” tambah Reeves.
Teorinya menarik, dan memecahkan banyak masalah dasar dengan gagasan yang ada bahwa kehidupan mungkin dibawa ke Bumi melalui komet atau asteroid; atau materi genetik yang muncul pertama kali – “Ribonucleic acid (RNA) adalah molekul polimer yang mirip dengan DNA yang penting dalam berbagai peran biologis dalam pengkodean, pengodean, pengaturan, dan ekspresi gen. Keduanya adalah asam nukleat, tetapi tidak seperti DNA, RNA beruntai tunggal. Untai RNA memiliki tulang punggung yang terbuat dari gula bolak-balik (ribosa) dan gugus fosfat. Terlampir pada setiap gula adalah salah satu dari empat basa — adenin (A), urasil (U), sitosin (C), atau guanin (G). Berbagai jenis RNA ada di dalam sel: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), dan transfer RNA (tRNA).
RNA Dunia” hipotesis. Namun, kata Reeves, “kami membutuhkan waktu untuk keluar dan benar-benar mulai menguji ide ‘metabolisme dulu’ ini di lingkungan alam, dengan menggunakan ventilasi modern sebagai analogi dengan yang ada di sekitar saat kehidupan pertama kali dimulai.
Dan ketika mereka sampai di sana, para ilmuwan terkejut dengan apa yang mereka temukan.
Untuk mengukur methanethiol secara langsung, para peneliti pergi ke lokasi lubang hidrotermal di mana ahli kimia memperkirakan mereka akan menemukan methanethiol yang melimpah, dan lainnya di mana diperkirakan sangat sedikit terbentuk. Secara total, mereka mengukur distribusi methanethiol dalam 38 cairan hidrotermal dari berbagai lingkungan geologis yang berbeda termasuk sistem di sepanjang Mid-Atlantic Ridge, Guaymas Basin, East Pacific Rise, dan Mid-Cayman Rise selama periode antara 2008 dan 2012.
“Beberapa sistem sangat kaya akan hidrogen, dan ketika Anda memiliki banyak hidrogen, secara teori, akan sangat mudah untuk membuat banyak methanethiol,” kata Reeves. Cairan dikumpulkan dalam sampel kedap gas isobarik (IGT) yang dikembangkan oleh Jeffrey Seewald, yang mempertahankan cairan pada tekanan alaminya dan memungkinkan analisis gas terlarut.
Alih-alih kelimpahan methanethiol, data yang mereka kumpulkan di lingkungan kaya hidrogen menunjukkan sangat sedikit yang ada. “Kami benar-benar menemukan bahwa tidak masalah berapa banyak hidrogen yang Anda miliki dalam cairan perokok hitam, Anda tampaknya tidak menghasilkan banyak methanethiol di mana Anda seharusnya menghasilkan banyak,” kata Reeves. Anehnya, di lingkungan rendah hidrogen, di mana jauh lebih sedikit yang seharusnya terbentuk, penelitian justru menemukan lebih banyak methanethiol daripada yang mereka perkirakan, bertentangan dengan gagasan awal tentang bagaimana methanethiol terbentuk. Secara keseluruhan, ini berarti bahwa memulai reaksi proto-metabolik dalam sistem hidrotermal Bumi awal yang kaya hidrogen melalui kimia karbon-sulfur kemungkinan akan jauh lebih sulit daripada yang diperkirakan banyak orang.
Secara kritis, para peneliti menemukan banyak sekali methanethiol yang terbentuk dalam cairan bersuhu rendah (di bawah sekitar 200°C), di mana cairan perokok hitam panas bercampur dengan air laut yang lebih dingin di bawah dasar laut. Kehadiran penanda lain dalam cairan ini, seperti amonia – produk sampingan dari pemecahan biomassa – sangat menunjukkan bahwa cairan ini ‘memasak’ bahan organik mikroba yang ada. Rusaknya kehidupan di bawah dasar laut saat kondisi menjadi terlalu panas mungkin bertanggung jawab untuk memproduksi methanethiol dalam jumlah besar.
“Apa yang pada dasarnya kami temukan dalam survei kami adalah bahwa kami tidak berpikir methanethiol terbentuk dengan cara kimia murni tanpa keterlibatan kehidupan. Ini mungkin berita yang mengecewakan bagi siapa pun yang menganggap awal yang mudah untuk metabolisme proto hidrotermal, ”kata Reeves. “Namun, temuan kami bahwa methanethiol dapat dengan mudah terbentuk sebagai produk penguraian kehidupan mikroba memberikan indikasi lebih lanjut bahwa kehidupan ada dan tersebar luas di bawah dasar laut dan sangat menarik.”
Para peneliti percaya pemahaman baru ini dapat mengubah cara kita berpikir tentang mencari kehidupan di planet lain. “Keuntungannya ada
lah, sekarang kita memiliki penanda kehidupan yang cukup sederhana. Suatu hari nanti jika kita bisa mendaratkan bajak di lautan yang tertutup es, Jupiter adalah planet terbesar di tata surya dan planet kelima dari matahari. Ini adalah raksasa gas dengan massa lebih besar dari gabungan semua planet lain. Namanya berasal dari dewa Romawi Jupiter.
Europa, bulan Jupiter – tempat lain di Tata Surya yang mungkin menampung ventilasi hidrotermal, dan mungkin hidup – dan berhasil mengebor es, hal pertama yang mungkin harus dicoba untuk diukur adalah methanethiol, “kata Reeves. “Ini sudah menjadi sesuatu yang dipikirkan para ilmuwan, dan sangat menarik untuk berpikir ini bahkan mungkin terjadi dalam waktu hidup kita. .”
Mengenai pencarian asal usul kehidupan, Reeves setuju bahwa lubang hidrotermal masih merupakan tempat yang sangat baik untuk munculnya kehidupan, tetapi, katanya, “mungkin methanethiol bukanlah adonan awal yang baik. Lingkungan hidrotermal masih merupakan tempat yang sempurna untuk mendukung kehidupan awal, dan pertanyaan tentang bagaimana semuanya dimulai masih terbuka.”
Penelitian ini didukung oleh hibah dari National Science Foundation dan Didirikan pada tahun 1958, National Aeronautics and Space Administration (NASA) adalah badan independen dari Pemerintah Federal Amerika Serikat yang menggantikan National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Ini bertanggung jawab atas program luar angkasa sipil, serta penelitian aeronautika dan kedirgantaraan. Visinya adalah "Menemukan dan memperluas pengetahuan untuk kepentingan umat manusia." Nilai intinya adalah "keselamatan, integritas, kerja tim, keunggulan, dan inklusi." NASA melakukan penelitian, mengembangkan teknologi, dan meluncurkan misi untuk menjelajahi dan mempelajari Bumi, tata surya, dan alam semesta di luarnya. Ini juga bekerja untuk memajukan keadaan pengetahuan dalam berbagai bidang ilmiah, termasuk ilmu Bumi dan luar angkasa, ilmu planet, astrofisika, dan heliofisika, dan bekerja sama dengan perusahaan swasta dan mitra internasional untuk mencapai tujuannya.
NASA. Dana tambahan disediakan oleh WHOI Deep Ocean Exploration Institute, InterRidge, dan Pusat Penelitian Deutsche Forschungsgemeinschaft/Cluster of Excellence MARUM “The Ocean in the Earth System” (EPR).
Publikasi : Eoghan P. Reeves, et al., “The origin of methanethiol in midocean ridge hydrothermal fluid,” 2014, PNAS; doi: 10.1073/pnas.1400643111
Gambar: Lembaga Oseanografi Woods Hole
