Kunci untuk memahami bagaimana kehidupan dimulai di Bumi ternyata juga dapat membantu kita memahami proses serupa di planet lain. Para peneliti dari Tohoku University, University of Tokyo, dan Hokkaido University telah mengembangkan model yang mempertimbangkan berbagai reaksi kimia di atmosfer guna memperkirakan bagaimana atmosfer purba—dan tanda-tanda awal kehidupan—berkembang di Bumi.
Atmosfer Purba dan Perannya dalam Awal Kehidupan
Shungo Koyama dari Tohoku University menjelaskan bahwa Bumi purba sangat berbeda dengan kondisi saat ini. Pada masa awal pembentukannya, Bumi merupakan lingkungan yang jauh lebih ganas, kaya akan besi metalik, serta memiliki atmosfer yang mengandung hidrogen (H2) dan metana (CH4). Senyawa ini memegang peran penting dalam pembentukan awal kehidupan. Saat terkena radiasi ultraviolet (UV) dari Matahari, senyawa ini mengalami reaksi kimia yang menghasilkan senyawa organik—sering disebut sebagai “bahan penyusun kehidupan.”
Salah satu hasil dari proses ini adalah terbentuknya molekul-molekul penting seperti asam amino dan asam nukleat, yang merupakan komponen utama kehidupan. Namun, memahami bagaimana radiasi UV berkontribusi dalam pembentukan molekul organik ini bukanlah hal yang mudah. Ada dua tantangan utama:
- Atmosfer dengan komposisi ini tidak stabil dan dapat berubah dengan cepat karena reaksi kimia di atmosfer.
- Radiasi UV berperan dalam pemecahan uap air (H2O) dan pembentukan molekul oksidatif, tetapi rasio percabangan dan skala waktunya masih belum dapat ditentukan secara pasti.
Baca juga: Jejak Kehancuran Purba: Meteorit Seukuran Kota Menabrak Bumi Jutaan Tahun Lalu
Model Fotokimia 1D untuk Mengungkap Atmosfer Purba
Untuk menjawab tantangan ini, para peneliti mengembangkan model fotokimia satu dimensi (1D). Model ini memungkinkan mereka untuk membuat prediksi yang lebih akurat tentang seperti apa atmosfer Bumi pada masa lalu. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa sebagian besar hidrogen dalam atmosfer purba kemungkinan besar terlepas ke luar angkasa. Sementara itu, hidrokarbon seperti asetilena (C2H2), yang dihasilkan dari metana, bertindak sebagai pelindung terhadap radiasi UV.
Lapisan hidrokarbon ini sangat berperan dalam mengurangi pemecahan uap air dan oksidasi metana. Dengan demikian, produksi senyawa organik meningkat. Jika jumlah awal metana setara dengan jumlah karbon yang ada di permukaan Bumi saat ini, maka lapisan organik setebal beberapa ratus meter bisa terbentuk.
Menurut Tatsuya Yoshida dari Tohoku University, kemungkinan besar senyawa organik ini terakumulasi dan menciptakan semacam “sup” kaya bahan penyusun kehidupan. Dari sinilah kehidupan pertama di Bumi mungkin bermula.
Kesamaan Atmosfer Bumi dengan Planet Lain
Model ini menunjukkan bahwa atmosfer purba Bumi memiliki kesamaan yang mencolok dengan atmosfer Venus dan Mars saat ini. Namun, meskipun ketiga planet ini berada di wilayah yang relatif dekat dalam Tata Surya, Bumi berkembang menjadi lingkungan yang sangat berbeda. Hal ini menarik perhatian para ilmuwan untuk memahami faktor unik apa yang membuat Bumi mampu mendukung kehidupan.
Dengan memahami bagaimana atmosfer awal Bumi berevolusi dan bagaimana kehidupan bisa muncul, kita juga dapat meneliti apakah pola serupa terjadi di planet lain dalam sistem bintang lain.
Temuan dari Jurnal Ilmiah
Penelitian ini dikompilasi dengan hasil yang dipublikasikan dalam jurnal Astrobiology oleh Tatsuya Yoshida, Shungo Koyama, Yuki Nakamura, Naoki Terada, dan Kiyoshi Kuramoto. Dalam jurnal ini, para peneliti mengembangkan model numerik untuk memahami bagaimana atmosfer Bumi purba yang kaya hidrogen dan metana mengalami perubahan kimiawi akibat radiasi Matahari.
Mereka menemukan bahwa fotolisis uap air dan oksidasi metana dapat dikendalikan oleh keberadaan hidrokarbon seperti asetilena dan propena (C3H4). Senyawa ini menyerap radiasi UV dengan sangat efektif, sehingga memperlambat reaksi oksidasi dan memperpanjang fase atmosfer yang kaya akan metana. Hasilnya, hampir setengah dari metana awal diubah menjadi senyawa organik yang lebih kompleks, termasuk hidrogen sianida (HCN) dan formaldehida (H2CO), yang sangat penting dalam pembentukan biomolekul.
Mereka juga menghitung bahwa jika kondisi ini berlangsung selama 10 hingga 100 juta tahun, maka akan terjadi akumulasi besar senyawa organik di lautan purba. Senyawa ini dapat menjadi prekursor bagi kehidupan, mendukung teori bahwa kehidupan pertama kali muncul di lingkungan perairan yang kaya bahan organik.
Implikasi untuk Studi Exoplanet
Temuan ini tidak hanya membantu kita memahami asal usul kehidupan di Bumi tetapi juga memiliki implikasi penting bagi pencarian kehidupan di planet lain. Dengan mengetahui bagaimana atmosfer purba Bumi berkembang dan berinteraksi dengan radiasi Matahari, para astronom dapat mencari tanda-tanda serupa di exoplanet (planet di luar Tata Surya).
Beberapa planet yang mengorbit bintang lain mungkin memiliki atmosfer yang mirip dengan atmosfer purba Bumi. Jika proses fotokimia yang sama terjadi di sana, maka ada kemungkinan bahwa kehidupan juga dapat muncul di dunia lain dengan kondisi serupa.
Kesimpulan
Penelitian ini memberikan wawasan penting tentang bagaimana kehidupan bisa muncul di Bumi melalui proses kimia di atmosfer purba. Dengan menggunakan model fotokimia 1D, para ilmuwan menemukan bahwa perisai hidrokarbon yang terbentuk dari metana memainkan peran besar dalam menciptakan lingkungan yang kaya bahan organik.
Akhirnya, pemahaman ini tidak hanya membantu kita memahami sejarah Bumi, tetapi juga memberi petunjuk tentang kemungkinan keberadaan kehidupan di luar angkasa. Studi ini menjadi bagian penting dalam bidang astrobiologi, yaitu ilmu yang meneliti asal-usul, evolusi, dan kemungkinan kehidupan di luar Bumi.
Dengan melanjutkan penelitian ini, para ilmuwan berharap dapat mengungkap lebih banyak misteri tentang bagaimana kehidupan dimulai dan apakah kita benar-benar sendirian di alam semesta ini.
Referensi:
[1] https://www.tohoku.ac.jp/en/press/how_life_began_on_earth_modeling_earths_ancient_atmosphere.html, diakses pada 29 Januari 2025.
[2] Tatsuya Yoshida, Shungo Koyama, Yuki Nakamura, Naoki Terada, Kiyoshi Kuramoto. Self-Shielding Enhanced Organics Synthesis in an Early Reduced Earth’s Atmosphere. Astrobiology, 2024; DOI: 10.1089/ast.2024.0048
