Cyanide is niet alleen het laatste redmiddel voor de gevangen spionnen van Hollywood-film. Het is ook een cruciaal onderdeel van de vroege chemie van het leven. En nu blijkt uit nieuw onderzoek dat cyanide mogelijk op meteorieten naar de aarde is gereden.
Monsters van een bepaalde groep primitieve meteorieten - waaronder een grote die in 1969 in de buurt van Murchison, Australië viel - bevatten allemaal cyanide, gebonden in een stabiele configuratie met ijzer en koolmonoxide. Ditzelfde soort structuren worden aangetroffen in enzymen die hydrogenases worden genoemd in moderne bacteriën en archaea, wat zou kunnen suggereren dat het vroege leven ofwel geleend is van meteorieten of dat de vroege aardgeologie dezelfde soort cyanideverbindingen vormde, zei co-auteur Michael Callahan, een analytisch scheikundige Boise State University.
"Wanneer je deze primitieve meteorieten bestudeert, is het alsof je in een tijdmachine springt en je kunt teruggaan en deze oude materialen bestuderen," vertelde Callahan aan WordsSideKick.com. 'En dan vind je deze verbindingen met het leven en de oude biologie.'
Op zoek naar cyanide
Callahan en zijn collega's begonnen cyanide te zoeken in ruimtestenen na het publiceren van een paper uit 2011 waarin ze nucleobasen in meteorieten ontdekten. Nucleobasen, zoals guanine of adenine, behoren tot de bouwstenen van DNA. De chemie van de nucleobasen en hun ouder-asteroïden zag eruit alsof het afhankelijk was van cyanide als reactant, zei Callahan. Maar hij had er geen vertrouwen in dat ze cyanide op meteorieten zouden kunnen vinden, zelfs als het ooit had bestaan. Cyanide is extreem reactief, zei Callahan, dus hij verwachtte dat het al lang voordat het op aarde zou zijn opgebruikt en getransformeerd zou zijn.
Maar co-auteur Karen Smith, ook een analytische chemicus in Boise State, had een achtergrond in cyanideanalyse, dus verzamelden en testten de onderzoekers monsters van meteorieten, waarvan de meeste waren ontdekt op Antarctica. Vijf van de meteorieten waren een bepaald soort koolstofhoudend chondriet, CM-chondrieten genaamd, die zowel nucleobasen als andere bouwstenen van de biologie bevatten, zoals aminozuren. Een van die CM-chondrieten was de Murchison-meteoriet, die in 1969 in Australië landde, een verbluffende lokale bevolking met een grote vuurbal.
Om cyanide te vinden en te extraheren, hebben de onderzoekers technieken geleend die doorgaans worden gebruikt om de giftige stoffen in afvalwater te vinden die zijn achtergebleven bij industriële processen, zei Callahan. Ze gebruikten zuur om verbindingen uit de meteorieten te extraheren en onderwierpen het vervolgens aan een reeks analyses, waaronder massaspectrometrie en vloeistofchromatografie, waardoor ze beide de samenstellende delen van het geëxtraheerde materiaal konden identificeren.
Cyanide verrast
Tot hun verbazing vonden de onderzoekers cyanide. Elk van de CM-chondrieten bevatte de chemische stof, terwijl geen van de andere soorten meteorieten dat deed. (De onderzoekers testten zelfs een beroemde Mars-meteoriet waarvan ooit werd beweerd dat hij bewijs bevat van buitenaards leven - geen cyanide daar.)
De cyanide lijkt miljarden jaren in de ruimte te hebben overleefd en een vurige reis om te rusten op het ijzige Antarctica omdat het in een stabiele configuratie was gebonden met koolmonoxide en ijzer. 'Het is een heel klassieke anorganische chemie', zei Callahan.
Hoe stabiel het ook is, het cyanide kan ook vrijkomen uit de meteoriet, voegde Callahan eraan toe, en dat maakt het een intrigerende mogelijke speler in de oorsprong van het leven. Een combinatie van water en ultraviolet licht had cyanide kunnen vrijmaken uit meteorieten op de vroege aarde, toen bombardementen door ruimtestenen gebruikelijk waren. Op die manier hadden meteorieten het beschikbare cyanide kunnen stimuleren voor chemische reacties die uiteindelijk tot levende cellen leidden, zei Callahan.
Als alternatief zou het cyanide van de vroege aarde in eigen land kunnen zijn gekweekt, zei Callahan. Maar als dat zo is, kan het zich op zeer vergelijkbare manieren hebben gevormd zoals bij meteorieten. Meteorieten zijn gemaakt van hetzelfde ruimtestof en ijs dat de planeten vormde, maar ze zijn niet veranderd door geochemische processen.
De andere intrigerende verrassing, zei Callahan, waren de vreemde overeenkomsten tussen de bundels koolmonoxide, ijzer en cyanide van de meteoriet en delen van de enzymen van enkele van de oudste levensgroepen, archaea en bacteriën. Alle bacteriën en archaea hebben enzymen die hydrogenases worden genoemd, zei Callahan, en de actieve plaats van die enzymen, waar de binding plaatsvindt, is hetzelfde als de cyanidestructuren die worden gezien in de meteorieten.
'Misschien zijn dit de voorlopers van deze actieve sites', zei Callahan.
Dat is nog niet bewezen, zei Callahan, maar het onderzoeksteam plant verder werk aan de chemie van meteorieten. Een toekomstige richting zou kunnen komen met dank aan de lopende NASA-missie OSIRIS-Rex, die een monster van de asteroïde Bennu zal verzamelen en het in 2023 naar de aarde zal brengen. Bennu zou een CM-chondriet kunnen zijn, zei Callahan, wat een opwindende gelegenheid zou zijn om te studeren een ongerept monster van een asteroïde ouderlichaam.
Callahan en zijn collega's rapporteerden hun werk op 25 juni in het open access tijdschrift Nature Communications.
