Enkele van de meest prangende vragen van de wetenschap hebben betrekking op de oorsprong van het leven op aarde. Hoe kwamen de eerste levensvormen voort uit de schijnbaar vijandige omstandigheden die onze planeet het grootste deel van haar geschiedenis teisterden? Wat maakte de sprong mogelijk van eenvoudige, eencellige organismen naar meer complexe organismen, bestaande uit veel cellen die samenwerken om te metaboliseren, ademen en zich voort te planten? Hoe kun je in zo'n onbekende omgeving überhaupt ‘leven’ scheiden van niet-leven?
Nu geloven wetenschappers van de Universiteit van Hawaï in Manoa dat ze misschien een antwoord hebben op ten minste een van die vragen. Volgens het team is een vitale cellulaire bouwsteen, glycerol genaamd, mogelijk voor het eerst ontstaan via chemische reacties diep in de interstellaire ruimte.
Glycerol is een organisch molecuul dat aanwezig is in de celmembranen van alle levende wezens. In dierlijke cellen heeft dit membraan de vorm van een fosfolipide dubbellaag, een dubbellaags membraan dat waterafstotende vetzuren tussen buiten- en binnenlagen van in water oplosbare moleculen opsluit. Dit type membraan zorgt ervoor dat de binnenste waterige omgeving van de cel gescheiden blijft en wordt beschermd tegen de externe, eveneens waterige wereld. Glycerol is een essentieel onderdeel van elk fosfolipide omdat het de ruggengraat vormt tussen de twee karakteristieke delen van het molecuul: een polaire, in water oplosbare kop en een niet-polaire, vette staart.
Veel wetenschappers zijn van mening dat dergelijke celmembranen een noodzakelijke voorwaarde waren voor de evolutie van het meercellige leven op aarde; hun complexe structuur vereist echter een zeer specifieke omgeving - namelijk een arm aan calcium- en magnesiumzouten met een vrij neutrale pH en stabiele temperatuur. Deze zorgvuldig uitgebalanceerde omstandigheden zouden moeilijk te vinden zijn op de prehistorische aarde.
IJzige lichamen geboren in de interstellaire ruimte bieden een alternatief scenario. Wetenschappers hebben al organische moleculen zoals aminozuren en lipidevoorlopers ontdekt in de Murchison-meteoriet die in 1969 in Australië landde. Hoewel het idee controversieel blijft, is het mogelijk dat glycerol op een vergelijkbare manier naar de aarde is gebracht.
Meteoren ontstaan meestal uit kleine kruimels materiaal in koude moleculaire wolken, gebieden van gasvormige waterstof en interstellair stof die dienen als de geboorteplaats van sterren en planetaire systemen. Terwijl ze door de wolk bewegen, hopen deze korrels lagen bevroren water, methanol, kooldioxide en koolmonoxide op. Na verloop van tijd bombarderen hoogenergetische ultraviolette straling en kosmische straling de ijzige fragmenten en veroorzaken chemische reacties die hun bevroren kernen verrijken met organische verbindingen. Later, terwijl sterren zich vormen en omgevingsmateriaal in een baan om hen heen valt, worden de ijsjes en de organische moleculen die ze bevatten opgenomen in grotere rotsachtige lichamen zoals meteoren. De meteoren kunnen dan op planeten zoals de onze crashen, waardoor ze mogelijk met bouwstenen van leven worden bezaaid.
Om te testen of glycerol kan worden gecreëerd door de hoogenergetische straling die typisch interstellaire ijskorrels bombardeert, ontwierp het team van de Universiteit van Hawaï hun eigen meteorieten: kleine stukjes ijzige methanol gekoeld tot 5 graden Kelvin. Nadat ze hun modelijs met energetische elektronen hadden gestraald die bedoeld waren om de effecten van kosmische straling na te bootsen, ontdekten de wetenschappers dat sommige moleculen van methanol in de ices inderdaad in glycerol transformeerden.
Hoewel dit experiment een succes lijkt te zijn, beseffen wetenschappers dat hun laboratoriummodellen niet precies de omstandigheden in de interstellaire ruimte repliceren. Zo maakt methanol traditioneel slechts ongeveer 30% uit van het ijs in ruimterotsen. Toekomstig werk zal de effecten onderzoeken van hoogenergetische straling op ijsmodellen die voornamelijk uit water bestaan. In een laboratorium afgevuurde hoogenergetische elektronen zijn ook geen perfecte vervanging voor echte kosmische straling en vertegenwoordigen geen effecten op ijs die het gevolg kunnen zijn van ultraviolette straling in de interstellaire ruimte.
Meer onderzoek is nodig voordat wetenschappers globale conclusies kunnen trekken; deze studie en zijn voorgangers leveren echter overtuigend bewijs dat het leven zoals we dat nu kennen van bovenaf had kunnen komen.
