Forskere fra USA og Storbritannia har vist hvordan brenselceller kan oppstå naturlig rundt undersjøiske varme kilder.

Disse brenselcellene kan ha skaffet energien som dyttet livet i gang på jorda for over tre milliarder år siden.

Brenselceller ligner levende celler

– Dette er en original måte å angripe problemet om livets opprinnelse på, sier Tom Kristensen fra Universitet i Oslo.

- Jeg har ingen motforestillinger mot at en slik forløper til stoffskiftet kan ha gitt den energien som må til for å bygge opp større molekyler som RNA og arvestoffet DNA i de første levende celler, fortsetter han.

Kristensen er professor ved seksjon for biokjemi og molekylærbiologi, og mener at denne forskningen kan være nyttig for å finne ut mer om hvordan livet oppstod.

Levende celler gjør omtrent det samme som brenselcellen i for eksempel en hydrogenbil. De utnytter kjemiske reaksjoner til å lage elektrisk energi. 

Den elektriske energien brukes så til å bygge opp nye energibærende stoffer som den levende cellen trenger.

Undersjøiske skorsteiner

Lenge har forskerne antatt at livet på jorda kan ha oppstått rundt de undersjøiske varme kildene.

• Les også: Leser etter livets røtter

Slike kilder spruter opp vann med flere hundre graders varme på havbunnen, der kontinentplatene gnisser mot hverandre og jordskorpa er tynn og varm.

De hete vannfontenene inneholder mineraler, blant annet jern og nikkel. Mineralene avsetter seg i rørlignende former rundt åpningene.

Derfor kalles også de varme kildene for hydrotermale skorsteiner.

Mineralene jern og nikke kan ha dannet en viktig del i den urgamle, naturlige brenselcellen, den delen som kalles elektrolytten.

 

Elektrolyttmembran

Elektrolytten i en moderne brenselcelle virker på liknende måte. Den skiller hydrogengass fra tanken og oksygen fra lufta, oftest med en membran. Membranen lar de elektrisk ladede hydrogenatomene passere, slik at de kan møte oksygenet.

• Les også: Slik virker en brenselcelle

Men elektrolyttmembranen stenger for elektronene, som er nødvendige for den kjemiske reaksjonen mellom oksygen og hydrogen. De må vandre en omvei gjennom en ledning, og lager dermed  en elektrisk strøm.

Jern og nikkel

Elektrolyttmembranen i en moderne brenselcelle er ofte laget av stoffet platina. Men platina er et sjeldent stoff i naturen. Jern og nikkel i de hydrotermale skorsteinene danner derimot naturlige elektrolytter.

Derfor laget forskerne fra University of Leeds og NASAs Jet Propulsion Laboratory en kunstig hydrotermal skorstein i laboratoriet, med jern og nikkel som elektrolytt.

Denne brenselcellen ble ikke så effektiv som den av platina, men ga strøm nok til at det kan forklare hvordan forløperen til stoffskiftet oppstod. Resultatene er publisert i tidsskriftet Astrobiology.

Dr. Terry Kee fra School of Chemistry, University of Leeds, forklarer eksperimentet som viser at brenselceller kan oppstå naturlig rundt undersjøiske varme kilder.

Rotasjonsmotor i cellene

I cellene til mennesker og dyr blir energien produsert i det som kalles cellenes kraftverk, mitokondriene. De har et membran, som på mange måter tilsvarer membranet i brenselcellen.

• Les også: Slik oppsto den moderne cellen

– Spenningsforskjellen over mitokondriets membran pumper ladede hydrogenatomer ut av mitokondriene. Så blir det ført inn igjen når det energibærende stoffet ATP produseres, forteller Tom Kristensen.

Han sammenligner denne mekanismen med en ørliten roterende motor. Slik sett er det enda en morsom sammenheng mellom brenselcellene i en bil og cellene i en levende kropp.

Lenker:

Nyhetsmelding fra University of Leeds

Nyhetsmelding fra NASA

Barge, Laura M et.al: The Fuel Cell Model of Abiogenesis: A New Approach to Origin-of-Life Simulations, Astrobiology, 12. mars 2014, 14(3): 254-270. doi:10.1089/ast.2014.1140