כיצד החלו החיים על פני כדור הארץ? זו אחת השאלות הגדולות והמרתקות במדע, המעסיקה חוקרים זה מאות שנים. בעבר שיערו מדענים כי ברקים עוצמתיים סיפקו את האנרגיה שהניעה תגובות כימיות ליצירת החיים לפני כ-3.5 מיליארד שנים. כעת, מחקר חדש מאוניברסיטת סטנפורד מציע תיאוריה חדשנית: מיקרו-ברקים, שנוצרים בין טיפות מים - כמו אלה מהתזת גלי ים או מפלים - עשויים להיות המפתח לפתרון התעלומה.
המחקר, שפורסם בכתב העת Science Advances, בוחן מחדש כיצד נוצרו המולקולות האורגניות הראשונות - אבני הבניין של החיים - מחומרים דוממים. הוא מתבסס על ניסוי מילר-יורי המפורסם משנת 1952, שבו הכימאים האמריקאים סטנלי מילר והרולד יורי יצרו ניצוצות חשמליים בתערובת של גזים ומים כדי לדמות את תנאי האטמוספירה הקדומה של כדור הארץ. ניסוי זה הראה כי ניתן לייצר חומצות אמינו ומולקולות ביולוגיות חיוניות באמצעות חשמל והוא נחשב לניסוי פורץ דרך בחקר ראשית החיים.
עם זאת, לתיאוריה זו היו מגבלות: ברקים הם תופעה אקראית ובלתי צפויה, ואם התגובות התרחשו באוקיינוסים, המולקולות האורגניות שנוצרו היו עלולות להתדלדל במהירות. אם הן התרחשו בשלוליות רדודות, הסבירות שברק יכה באותו מקום נמוכה מאוד.
צוות החוקרים מסטנפורד מציע פתרון אלגנטי: במקום להסתמך על ברקים נדירים, מיקרו-ברקים - פריקות חשמליות מיקרוסקופיות שנוצרים בתדירות גבוהה ברסיסי מים - יכלו לשמש כמקור אנרגיה יציב יותר לתגובות הכימיות שהובילו להיווצרות החיים.
מהם מיקרו-ברקים?
כאשר גלים מתנפצים על סלעים או כאשר מפלים יוצרים רסס מים, טיפות מים זעירות מתפזרות באוויר. טיפות גדולות נוטות לשאת מטען חיובי, בעוד שהקטנות יותר נושאות מטען שלילי. כאשר טיפות בעלות מטענים מנוגדים מתקרבות זו לזו, מתרחשות ביניהן פריקות חשמליות מיקרוסקופיות - מיקרו-ברקים.
למרות שהם אינם נראים לעין בלתי מזוינת, פריקות אלה מכילות אנרגיה מספקת כדי להניע תגובות כימיות מורכבות, שעשויות להוביל להיווצרות מולקולות אורגניות.
כדי לבדוק את השערתם, החוקרים ערכו גרסה עדכנית של ניסוי מילר-יורי. הם יצרו תערובת גזים המדמה את האטמוספירה הקדומה של כדור הארץ - חנקן, מתאן, פחמן דו-חמצני ואמוניה - והתיזו לתוכה טיפות מים בטמפרטורת החדר. באמצעות מצלמות מהירות, הם תיעדו את היווצרות המיקרו-ברקים בין הטיפות.
התוצאות היו מפתיעות: עצם ההתזה של המים יצרה סביבה מיוננת, שאפשרה יצירת מולקולות אורגניות, כולל כאלה עם קשרי פחמן-חנקן - בהם מימן ציאנידי, גליצין ואוראציל.
מדוע זה משמעותי?
מולקולות אלו חיוניות לחיים כפי שאנו מכירים אותם. גליצין הוא חומצת אמינו, אחת מאבני הבניין של חלבונים, ואוראציל הוא רכיב מרכזי ב-RNA - מולקולה גנטית חשובה לצד ה-DNA. קשרי פחמן-חנקן הם בין המבנים הבסיסיים ביותר בכימיה אורגנית ונחשבים לאבני יסוד של החיים.
פרופ' ריצ'רד זאר, החוקר הראשי של המחקר, הסביר: "בכדור הארץ הקדום היו רסס מים בכל מקום - בסדקים בסלעים, על חופים - ואלה יכלו להניע תגובות כימיות באופן עקבי. אנו נוטים לחשוב על מים כעל חומר שקט ופסיבי, אך כאשר הם מתחלקים לטיפות זעירות, הם הופכים להיות תגובתיים ביותר ויכולים להפעיל כימיה מורכבת."
היתרון המרכזי של תיאוריית המיקרו-ברקים
בניגוד לתיאוריה המקורית שהסתמכה על ברקים נדירים, המיקרו-ברקים יכולים להתרחש בתדירות גבוהה במגוון סביבות - בריכות קטנות, חופים, סדקים בסלעים ואפילו באטמוספירה. המשמעות היא שמולקולות אורגניות יכלו להיווצר במקומות רבים במקביל ולא רק באירוע בודד של פגיעת ברק.
להמחשת הרעיון, ניתן לחשוב על החשמל הסטטי שאנו חשים כשאנו נוגעים בידית דלת לאחר הליכה על שטיח - ניצוץ קטן אך משמעותי. בכדור הארץ הקדום, אינספור ניצוצות כאלה בין טיפות מים זעירות יכלו להצטבר ולהניע תהליכים כימיים קריטיים. למעשה, האנרגיה המצטברת ממיליארדי מיקרו-ברקים לאורך זמן עשויה הייתה להיות משמעותית בהרבה מאשר פגיעות בודדות של ברקים גדולים.
Dr. Frankenstein might not have needed a lightning bolt to bring his monster to life after all. A new study from Stanford suggests that life might have been kickstarted by constant zaps from "microlightning" between water droplets.https://t.co/LfC7yVqIS1#Microlightning… pic.twitter.com/r97vyaywNZ
— New Atlas (@nwtls) March 17, 2025
השלכות לחיפוש חיים מחוץ לכדור הארץ
תגלית זו לא רק משנה את תפיסתנו לגבי מקור החיים על כדור הארץ, אלא גם פותחת אופקים חדשים לחיפוש חיים בחלל. אם החיים יכולים להיווצר מתרסיסי מים פשוטים, כל כוכב לכת שבו יש מים נוזליים ואטמוספירה מתאימה עשוי להיות מועמד לחיים.
גילוי זה משמעותי במיוחד עבור גופים כמו אירופה (ירח של צדק) או אנקלדוס (ירח של שבתאי), שידוע כי יש בהם אוקיינוסים מתחת לקרח. אם בירחים אלה קיימים מקומות שבהם מים מתיזים - למשל דרך גייזרים או סדקים בקרח - ייתכן שתהליכים דומים לאלה של כדור הארץ הקדום מתקיימים שם כעת.
המחקר של סטנפורד מציע תשובה חדשה ומרגשת לשאלה כיצד החלו החיים על פני כדור הארץ לפני כ-3.5 מיליארד שנים. במקום ברקים ענקיים או אירועים נדירים, ייתכן שהחיים נוצרו בזכות ניצוצות זעירים בטיפות מים - תופעה פשוטה ונפוצה שהתרחשה בכל מקום שבו היו מים.
בניגוד לתיאוריית הברקים המקורית, שהציעה אירוע דרמטי וחד-פעמי, התיאוריה החדשה מציעה תהליך מתמשך והדרגתי, שבו מיליארדי אינטראקציות קטנות בין טיפות מים יצרו את התנאים המושלמים ליצירת החיים. התגלית הזו מזכירה לנו שלפעמים התשובות לשאלות הגדולות ביותר נמצאות בדברים הקטנים והיומיומיים שסביבנו.