De evolutie van planeet Aarde en het ontstaan ​​van leven tijdens de eerste half miljard jaar zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden, met een reeks planeetbrede transformaties - vorming van de oceaan, evolutie van de atmosfeer, en de groei van korst en continenten - die de ecologische springplanken naar leven ondersteunen. Maar hoe, en in welke volgorde werden de ingrediënten voor het leven op aarde vervaardigd en geassembleerd?

NASA's Astrobiology Program heeft een subsidie ​​van $ 9 miljoen toegekend om de vraag aan te pakken via het Earth First Origins-project, onder leiding van Rensselaer Polytechnic Institute Assistant Professor Karyn Rogers. Het vijfjarige project probeert de omstandigheden op de vroege aarde bloot te leggen die aanleiding gaven tot leven door te identificeren, repliceren, en onderzoeken hoe prebiotische moleculen en chemische routes zich hadden kunnen vormen onder realistische vroege aardeomstandigheden.

"Planeet Aarde en de chemie van het leven delen dezelfde weg, "zei Rogers. "Vanwege die co-evolutie, we kunnen ons begrip van de fundamentele planetaire processen die het aardse systeem in beweging zetten gebruiken om de fysieke, chemisch, en milieukaart tot leven."

Earth First Origins dient als katalysator voor de lancering van het Rensselaer Astrobiology Research and Education (RARE) Center. Het nieuw opgerichte RARE Center bouwt voort op de expertise die is opgebouwd door meer dan drie decennia astrobiologisch onderzoek bij Rensselaer, en vervangt zijn voorganger, het New Yorkse Centrum voor Astrobiologie. Naast het uitvoeren van fundamenteel onderzoek naar de oorsprong van het leven en het potentieel voor leven in het hele universum, het RARE Center zal een reeks onderwijs- en publieksbetrokkenheidsactiviteiten ondersteunen. Deze omvatten een reeks seminars, een curriculaire minor astrobiologie, de komende Gateway to Early Earth Summer School, en een kernprogramma voor niet-gegradueerden en afgestudeerden.

"Rensselaer heeft een uitgebreide geschiedenis van belangrijke bijdragen op het gebied van astrobiologie, en het Earth First Origins-project en het Rensselaer Astrobiology Research and Education Center zullen een geweldige aanvulling zijn op onze erfenis van ontdekkingen, " zei Rensselaer President Shirley Ann Jackson. "De interdisciplinaire wereldwijde samenwerking die bij deze initiatieven betrokken is, belichaamt het visionaire werk dat we doen als The New Polytechnic."

Earth First Origins en het RARE Center verenigen een divers team van experts in planetaire evolutie, vroege aardse geochemie, prebiotische en experimentele astrobiologie, en analytische chemie. Aangevuld door een team van moleculair biologen, geochemische modelbouwers, en data- en visualisatie-experts, het onderzoeksteam brengt een schat aan ervaring mee om een ​​nieuw onderzoeksparadigma te lanceren voor het bestuderen van de oorsprong van het leven.

"Er waren verschillende soorten omgevingen op de vroege aarde en velen van hen zouden de startplaats van het leven kunnen zijn, of het leven zou kunnen zijn ontstaan ​​via processen die verschillende milieuniches met elkaar verbonden, " zei Rogers. "We willen het bereik van mogelijke omstandigheden in verschillende vroege aardse omgevingen vaststellen, repliceren ze in het lab, en de specifieke factoren begrijpen die bijdragen aan de opeenvolging van chemische syntheses die tot leven leiden."

Het Earth First Origins-project zal de poort naar de vroege aarde vormen, die bestaat uit zowel een fysieke labruimte als een virtuele omgeving, het early Earth Lab (eEL) en het Virtual Early Earth Portal (VeEP), beide gehuisvest bij Rensselaer. De Gateway zal een hulpmiddel zijn voor het Earth First Origins-team, evenals de grotere oorsprong van de levensgemeenschap, om toegang te krijgen tot realistische vroege aardse omgevingen, zowel experimenteel als via modellen, en hun potentieel onderzoeken om de chemie van het leven te laten ontstaan.

Het vroege Earth Laboratory zal een reeks experimentele apparatuur huisvesten die wordt gebruikt om vroege aardse omgevingen te repliceren. De eEL richt zich niet alleen op de temperatuur, druk, en geochemische omstandigheden van de vroege aarde, maar zal ook nieuwe experimentele technieken gebruiken om de dynamische verbindingen tussen verschillende systemen weer te geven.

"Early Earth bood onderdak aan een breed scala aan verschillende omgevingen. Door nauwkeurig de interacties tussen water en rotsen weer te geven, of de stroming en vermenging van vloeistoffen langs thermische en chemische gradiënten, de eEL zal een veel betere manier bieden om de chemische paden te verkennen die ontstonden tijdens de vroegste tijden van de aarde." zei Bruce Watson, co-onderzoeker en een geochemicus en instituutshoogleraar bij Rensselaer.

De VeEP biedt toepassingen en hulpmiddelen voor het integreren van geochemische en geofysische modellen, en het toepassen van datavisualisatietechnieken om het scala aan mogelijkheden in verschillende vroege aardse omgevingen te verkennen. Aanvullend, de VeEP stelt onderzoekers in staat om gegevens van experimenten vast te leggen, modellen, en analyses in "virtuele notebooks" die worden opgenomen in een groter gestructureerd datawarehouse en toegankelijk zijn via de portal.