Kutatócsoportunk alapvető fizikai és kémiai alapelvekre építve próbálja megérteni a bolygókat. A természet alapvető megértéséhez a Naprendszerben található szilárd halmazállapotú anyagokat (kőzeteket és ásványokat) használjuk kémiai, termális és kronológiai nyomjelzőként, valamint azon fizikai-kémiai folyamatok tanulmányozására, amelyek alakították őket. Ezzel a tudással felvértezve az exobolygókra is kiterjesztjük vizsgálatainkat, és a geológiai módszereket alkalmazva olyan modelleket alkothatunk, melyek tesztelhetünk. Általánosságban a kutatásunk terep- és labormunkára, valamint modellszámításokra épül, és azokat az egész bolygóra kiterjedő geodinamikai feltételeket vizsgálja, amik Földszerű (azaz kőzet-) bolygók kialakulásához vezet. A modellezésben úttörő módon alkalmaztunk az izotópokra épülő geokémiát, mint szigorú kritériumot a szilárd bolygószerű testek termális és kémiai felépítésének szimulációjára. Ezáltal csoportunk vezető szerepet játszik a bolygókeletkezési elméletek és folyamatok, valamint a nukleáris asztrofizika összekapcsolásában, és galaktikus kémiai fejlődési modellek és csillagok spektroszkópiai elemzésének eredményeit is bevonja a geodinamikai szimulációk pontosításának folyamatába.
Két fontos eredmény:
Az RNS-alapú földi élet 4,36 milliárd évvel ezelőtt kezdődhetett
Földi kőzetek hafnium-wolfram kormeghatározása alapján tudjuk, hogy a Föld 30 millió évvel a Nap születése után jött létre, azaz kb. 4530 millió évvel ezelőtt. Születése után bolygónkat folytonosan bombázták a belső Naprendszerbe tévedő kóbor bolygócsírák. Ezt a folyamatot “késői anyagbefogásnak” hívjuk. Mégis a földi kőzetek urán-ólom és szamárium-neodímium elemeken alapuló kormeghatározása mindig 4480 millió évet mutat, ami fiatalabb a legöregebb holdi kőzetek 4510 millió éves koránál. A 4480 millió éves kort egy a fiatal Földdel ütköző Hold-méretű égitestnek tulajdonítjuk (amit Monetának hívunk). Elméletünk szerint Monétának köszönhetjük, hogy a Föld kérgében és köpenyében értékes kémiai elemek (arany, ezüst, platina) vannak. Szintén Moneta számlájára írható, hogy az ütközés után egy vastag hidrogén-légkör jött létre, ami kedvezett az RNS-alapú élet létrejöttéhez szükséges molekulák képződésének. A Moneta-becsapódás geológiai következményeit, a késői anyagbefogással kapcsolatos kutatásainkat és a prebiotikus kémia szakértőinek következtetéseit kombinálva csoportunk arra jutott, hogy az élet 4360 millió évvel ezelőtt kezdődhetett bolygónkon.
A földi RNS-alapú élet kialakulásának lépései. Az időskála milliárd években van feltüntetve.
Az élethez vezető út feltételezhető állomásai
Az RNS építőköveit a prebiotikus kémia szolgáltatta a fiatal bolygó természetes környezetében, ami a galaktikus kémiai fejlődési folyamat révén keletkezett atommagokból és elemekből épült fel. A kémiai fejlődés előtt viszont lehűlésre volt szükség. A protobiológiai fejlődés első lépését az RNS molekulák jelentik, amik olyan katalitikus funkciót látnak el, amik ahhoz szükségesek, hogy előállíthassák önmagukat a közvetlen környezetükben található építőanyagokból. Ezek az RNS molekulák azután magukat reprodukálják, rekombinálódnak és mutálódnak, adaptálódnak a különféle kiválasztódási folyamatokban, hogy új, betöltetlen környezeti területeket foglaljanak el. Ezután az RNS molekulák egyre növekvő bonyolultságú enzimatikus folyamatokra is képesek lesznek. A következő lépés az lehetett, amikor az RNS-ek nem biológiai úton keletkezett fehérjéket is elkezdtek beépíteni, végül sajátot is szintetizáltak és megkezdődhetett az RNS-ek másolása más RNS-ek révén. Végül megjelent a DNS, mint stabil, hibajavítással ellátott információhordozó, de még mindig mutációra és rekombinációra hajlamosan. Az élet genomjának kikristályosodása az univerzális cenancestor sejtek (vagyis az utolsó univerzális közös ős életforma – amely a baktériumoktól eredeztethető) korában történt.
Az élet kialakulásának állomásai. (A filogenetikus fát – utolsó részábra – a https://itol.embl.de/ weboldal segítségével generáltuk.