Voordat er leven was zoals we het kennen, waren er moleculen. Maar de vele stappen die tot deze overgang hebben geleid, zijn een van de geliefde mysteries van de wetenschap gebleven.
Nieuw onderzoek suggereert dat de bouwstenen van leven - prebiotische moleculen - zich kunnen vormen in de atmosfeer van planeten, waar het stof een veilig platform vormt om op te vormen en verschillende reacties met het omringende plasma voldoende energie leveren om leven te creëren.
"Als de vorming van leven is als een legpuzzel - een hele grote en ingewikkelde legpuzzel - stel ik me prebiotische moleculen voor als enkele van de individuele puzzelstukjes", zegt St. Andrews professor Dr. Craig Stark. “Door de stukjes in elkaar te zetten, vorm je ingewikkeldere biologische structuren waardoor je een duidelijker, herkenbaarder beeld krijgt. En als alle stukjes op hun plaats zitten, is het resulterende beeld leven. '
We denken momenteel dat prebiotische moleculen zich vormen op de kleine ijskorrels in de interstellaire ruimte. Hoewel dit misschien in tegenspraak lijkt met de gemakkelijk aanvaarde overtuiging dat leven in de ruimte onmogelijk is, biedt het oppervlak van het graan eigenlijk een mooie gastvrije omgeving voor het leven, omdat het moleculen beschermt tegen schadelijke ruimtestraling.
"Moleculen worden op het stofoppervlak gevormd door de adsorptie van atomen en moleculen uit het omringende gas", vertelde Stark aan Space Magazine. "Als de juiste ingrediënten voor het maken van een bepaalde moleculaire verbinding beschikbaar zijn en de omstandigheden goed zijn, bent u actief."
Door 'voorwaarden' verwijst Stark naar het tweede noodzakelijke ingrediënt: energie. De eenvoudige moleculen die de melkweg bevolken, zijn relatief stabiel; zonder een ongelooflijke hoeveelheid energie, vormen ze geen nieuwe banden. Er werd gedacht dat het leven om deze reden zou kunnen ontstaan in blikseminslagen en vulkaanuitbarstingen.
Dus richtten Stark en zijn collega's hun ogen op de atmosfeer van exoplaneten, waar stof wordt ondergedompeld in een plasma vol positieve ionen en negatieve elektronen. Hier kunnen de elektrostatische interacties van stofdeeltjes met plasma de hoge energie leveren die nodig is om prebiotische verbindingen te vormen.
In een plasma absorbeert de stofkorrel de vrije elektronen snel en wordt negatief geladen. Dit komt omdat elektronen lichter en dus sneller zijn dan positieve ionen. Zodra de stofkorrel negatief geladen is, zal deze een stroom positieve ionen aantrekken, die versnellen richting het stofdeeltje en botsen met meer energie dan in een neutrale omgeving.
Om dit te testen, bestudeerden de auteurs een voorbeeldatmosfeer, die hen in staat stelde de verschillende processen te onderzoeken die het geïoniseerde gas in een plasma zouden kunnen veranderen en om te bepalen of het plasma tot voldoende energetische reacties zou leiden.
"Als een principebewijs hebben we gekeken naar de opeenvolging van chemische reacties die tot de vorming van het eenvoudigste aminozuur glycine leiden", zei Stark. Aminozuren zijn geweldige voorbeelden van prebiotische moleculen omdat ze nodig zijn voor de vorming van eiwitten, peptiden en enzymen.
Hun modellen toonden aan dat "de plasma-ionen inderdaad kunnen worden versneld tot voldoende energieën die de activeringsenergieën overschrijden voor de vorming van formaldehyde, ammoniak, cyaanwaterstof en uiteindelijk het aminozuur glycine", vertelde Stark aan Space Magazine. 'Dit was misschien niet mogelijk geweest als het plasma afwezig was.'
De auteurs toonden aan dat er bij bescheiden plasmatemperaturen genoeg energie is om het prebiotische molecuul glycine te vormen. Hogere temperaturen kunnen ook complexere reacties en daardoor complexere prebiotische moleculen mogelijk maken.
Stark en zijn collega's toonden een levensvatbare weg naar de vorming van een prebiotisch molecuul, en dus leven, in ogenschijnlijk veel voorkomende omstandigheden. Hoewel de oorsprong van het leven misschien wel een van de geliefde mysteries van de wetenschap blijft, blijven we steeds meer puzzelstukjes begrijpen.
De paper is geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Astrobiology en kan hier worden gedownload.
