Levensbevestigende moleculen kunnen zich vormen in de ruimte. Yves Almecija/CNRS
De oorsprong van het leven op aarde is nog steeds raadselachtig, maar we ontrafelen langzaam de betrokken stappen en de benodigde ingrediënten. Wetenschappers geloven dat het leven ontstond in een oersoep van organische chemicaliën en biomoleculen op de vroege Aarde, wat uiteindelijk leidde tot echte organismen.
Er wordt al lang vermoed dat sommige van deze ingrediënten vanuit de ruimte zijn aangevoerd. Een nieuw onderzoek, gepubliceerd in Science Advances, laat zien dat een speciale groep moleculen, bekend als peptiden, zich makkelijker kan vormen onder de omstandigheden in de ruimte dan op aarde. Dat betekent dat ze mogelijk door meteorieten of kometen op de vroege aarde zijn afgeleverd – en dat leven zich mogelijk ook elders heeft kunnen vormen.
De functies van het leven worden in onze cellen (en die van alle levende wezens) in stand gehouden door grote, complexe, op koolstof gebaseerde (organische) moleculen die eiwitten worden genoemd. Hoe we de grote verscheidenheid aan eiwitten maken die we nodig hebben om in leven te blijven, is gecodeerd in ons DNA, dat zelf een grote en complexe organische molecule is.
Deze complexe moleculen worden echter samengesteld uit een verscheidenheid aan kleine en eenvoudige moleculen zoals aminozuren – de zogenaamde bouwstenen van het leven.
Om de oorsprong van het leven te verklaren, moeten we begrijpen hoe en waar deze bouwstenen zich vormen en onder welke omstandigheden ze zich spontaan assembleren tot complexere structuren. Tenslotte moeten we de stap begrijpen die hen in staat stelt om een afgesloten, zichzelf replicerend systeem te worden – een levend organisme.
Dit nieuwste onderzoek werpt licht op hoe sommige van deze bouwstenen gevormd en in elkaar gezet kunnen zijn en hoe ze op aarde terecht zijn gekomen.
Stappen naar leven
DNA bestaat uit ongeveer 20 verschillende aminozuren. Net als letters van het alfabet zijn deze in verschillende combinaties gerangschikt in de dubbele helixstructuur van DNA om onze genetische code te coderen.
Peptiden zijn ook een verzameling aminozuren in een ketenachtige structuur. Peptiden kunnen bestaan uit slechts twee aminozuren, maar ook uit honderden aminozuren.
Het samenvoegen van aminozuren tot peptiden is een belangrijke stap omdat peptiden functies hebben zoals het “katalyseren”, of versterken, van reacties die belangrijk zijn voor het in stand houden van het leven. Het zijn ook kandidaat-moleculen die verder zouden kunnen zijn samengevoegd tot vroege versies van membranen, die functionele moleculen in celachtige structuren opsluiten.
Maar ondanks hun mogelijk belangrijke rol in de oorsprong van het leven, was het niet zo eenvoudig voor peptiden om spontaan te ontstaan onder de omgevingsomstandigheden op de vroege Aarde. De wetenschappers achter de huidige studie hadden eerder al aangetoond dat de koude omstandigheden in de ruimte juist gunstiger zijn voor de vorming van peptiden.
Het interstellaire medium.
wikipedia, CC BY-SA
In de zeer lage dichtheid van wolken van moleculen en stofdeeltjes in een deel van de ruimte dat het interstellaire medium wordt genoemd (zie hierboven), kunnen afzonderlijke koolstofatomen samen met koolstofmonoxide- en ammoniakmoleculen aan het oppervlak van stofkorrels blijven plakken. Ze reageren dan tot aminozuurachtige moleculen. Wanneer zo’n wolk dichter wordt en stofdeeltjes ook aan elkaar gaan kleven, kunnen deze moleculen zich samenvoegen tot peptiden.
In hun nieuwe studie kijken de wetenschappers naar de dichte omgeving van stoffige schijven, waaruit uiteindelijk een nieuw zonnestelsel met een ster en planeten ontstaat. Zulke schijven ontstaan wanneer wolken plotseling instorten onder invloed van de zwaartekracht. In deze omgeving zijn watermoleculen veel talrijker – ze vormen ijs op het oppervlak van groeiende agglomeraten van deeltjes die de reacties zouden kunnen remmen die peptiden vormen.
Door de reacties die waarschijnlijk plaatsvinden in het interstellaire medium in het laboratorium na te bootsen, toont het onderzoek aan dat de vorming van peptiden weliswaar iets vermindert, maar niet wordt voorkomen. In plaats daarvan, als rotsen en stof zich samenvoegen tot grotere lichamen zoals asteroïden en kometen, warmen deze lichamen op en kunnen vloeistoffen worden gevormd. Dit stimuleert de vorming van peptiden in deze vloeistoffen en er vindt een natuurlijke selectie plaats van verdere reacties die resulteren in nog complexere organische moleculen. Deze processen zouden hebben plaatsgevonden tijdens de vorming van ons eigen zonnestelsel.
Veel van de bouwstenen van het leven, zoals aminozuren, lipiden en suikers, kunnen gevormd worden in de ruimte. Veel daarvan zijn gedetecteerd in meteorieten.
Omdat de vorming van peptiden in de ruimte efficiënter is dan op Aarde, en omdat ze zich kunnen ophopen in kometen, kunnen hun inslagen op de vroege Aarde ladingen hebben geleverd die de stappen naar het ontstaan van leven op Aarde hebben gestimuleerd.
Wat betekent dit allemaal voor onze kansen om buitenaards leven te vinden? Nou, de bouwstenen voor leven zijn overal in het universum beschikbaar. Hoe specifiek de omstandigheden moeten zijn om ze zelf te laten assembleren tot levende organismen is nog een open vraag. Zodra we dat weten, hebben we een goed idee van hoe wijdverspreid leven zou kunnen zijn.
Christian Schroeder werkt niet voor, heeft geen adviesfuncties, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel en heeft geen relevante banden buiten zijn academische aanstelling bekendgemaakt.