In de populaire cultuur, asteroïden spelen de rol van apocalyptische dreiging, krijg de schuld voor het uitroeien van de dinosaurussen - en bied een buitenaardse bron voor minerale mijnbouw.

Maar voor onderzoeker Nicholas Hud, asteroïden spelen een heel andere rol:die van tijdcapsules die laten zien welke moleculen oorspronkelijk in ons zonnestelsel bestonden. Het hebben van die informatie geeft wetenschappers het startpunt dat ze nodig hebben om het complexe pad te reconstrueren waardoor het leven op aarde is begonnen.

Directeur van het NSF-NASA Centrum voor Chemische Evolutie aan het Georgia Institute of Technology, Hud zegt dat het vinden van moleculen in asteroïden het sterkste bewijs levert dat dergelijke verbindingen op aarde aanwezig waren voordat er leven ontstond. Weten welke moleculen aanwezig waren, helpt bij het vaststellen van de beginomstandigheden die hebben geleid tot de vorming van aminozuren en verwante verbindingen die, beurtelings, kwamen samen om peptiden te vormen, kleine eiwitachtige moleculen die mogelijk het leven op deze planeet hebben veroorzaakt.

"We kunnen naar de asteroïden kijken om ons te helpen begrijpen wat chemie mogelijk is in het universum, " zei Hud. "Het is belangrijk voor ons om materialen van asteroïden en meteorieten te bestuderen, de kleinere versies van asteroïden die op aarde vallen, om de validiteit van onze modellen te testen voor hoe moleculen erin hebben kunnen helpen om leven te laten ontstaan. We moeten ook de moleculen van asteroïden en meteorieten catalogiseren, omdat er mogelijk verbindingen zijn die we niet eens belangrijk hadden gevonden voor het starten van het leven."

Hud zal een panellid zijn bij een persconferentie "Asteroids for Research, Ontdekking, and Commerce" op 17 februari tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science (AAAS) in 2018 in Austin, Texas. Hij zal ook deel uitmaken van een sessie op 18 februari over het onderwerp, "Op zoek naar de identiteit en oorsprong van de eerste polymeren van het leven."

NASA-wetenschappers analyseren al tientallen jaren verbindingen die worden gevonden in asteroïden en meteorieten. en hun werk geeft een goed begrip van wat er aanwezig zou kunnen zijn toen de aarde zelf werd gevormd, zegt Hud.

"Als je een prebiotische chemische reactie in het laboratorium modelleert, wetenschappers kunnen discussiëren of je wel of niet de juiste uitgangsmaterialen had, " zei Hud. "Detectie van een molecuul in een asteroïde of meteoriet is ongeveer het enige bewijs dat iedereen zal accepteren dat dat molecuul prebiotisch is. Het is iets waar we echt op kunnen leunen."

Het Miller-Urey-experiment, uitgevoerd in 1952 om omstandigheden te simuleren waarvan wordt aangenomen dat ze op de vroege aarde hebben bestaan, produceerde meer dan 20 verschillende aminozuren, organische verbindingen die de bouwstenen zijn voor peptiden. Het experiment werd gestart door vonken in een kolf met water, methaan, ammoniak en waterstof, alle materialen waarvan wordt aangenomen dat ze in de atmosfeer hebben bestaan ​​toen de aarde nog heel jong was.

Sinds het Miller-Urey-experiment, wetenschappers hebben de haalbaarheid aangetoond van andere chemische routes naar aminozuren en verbindingen die nodig zijn voor het leven. In Huds laboratorium, bijvoorbeeld, onderzoekers gebruikten cycli van afwisselende natte en droge omstandigheden om in de loop van de tijd complexe organische moleculen te creëren. Onder dergelijke omstandigheden, aminozuren en hydroxyzuren, verbindingen die chemisch slechts een enkel atoom verschillen, had korte peptiden kunnen vormen die leidden tot de vorming van grotere en complexere moleculen - uiteindelijk met eigenschappen die we nu associëren met biologische moleculen.

"We hebben nu een heel goede manier om peptiden te synthetiseren waarbij aminozuren en hydroxyzuren samenwerken die op de vroege aarde gebruikelijk waren, "zei hij. "Zelfs vandaag, hydroxyzuren worden gevonden met aminozuren in levende organismen - en in sommige meteorietmonsters die zijn onderzocht."

Hud gelooft dat er veel mogelijke manieren zijn waarop de moleculen van het leven gevormd kunnen zijn. Het leven had kunnen beginnen met moleculen die minder geavanceerd en minder efficiënt zijn dan wat we vandaag zien. Zoals het leven zelf, deze moleculen kunnen in de loop van de tijd zijn geëvolueerd.

"Wat we vinden is dat deze verbindingen moleculen kunnen vormen die veel op moderne peptiden lijken, behalve in de ruggengraat die de eenheden bij elkaar houdt, " zei Hud. "De algehele structuur kan erg op elkaar lijken en zou gemakkelijker te maken zijn, hoewel het niet het vermogen heeft om in zo complexe structuren te vouwen als moderne eiwitten. Er is een afweging tussen de eenvoud van het vormen van deze moleculen en hoe dicht deze moleculen zijn bij de moleculen die in het hedendaagse leven worden gevonden."

Geologen geloven dat de aarde miljarden jaren geleden heel anders was. In plaats van continenten, er waren eilanden die uit de oceanen staken. Zelfs de zon was anders, produceren minder licht maar meer kosmische straling - wat had kunnen helpen bij het aandrijven van de eiwitvormende chemische reacties.

"De eilanden hadden potentiële broedplaatsen voor het leven kunnen zijn, met moleculen die uit de atmosfeer neerregenen, " zei Hud. "We denken dat het belangrijkste proces dat deze moleculen in staat zou hebben gesteld om naar de volgende fase te gaan, een nat-droogcyclus is, zoals we in het laboratorium doen. Dat zou perfect zijn geweest voor een eiland in de oceaan."

In plaats van een enkele vonk van leven, de moleculen kunnen in de loop van de tijd langzaam zijn geëvolueerd in een geleidelijke progressie die mogelijk met verschillende snelheden op verschillende locaties heeft plaatsgevonden, misschien tegelijk. Verschillende componenten van cellen, bijvoorbeeld, kunnen zich afzonderlijk hebben ontwikkeld waar de omstandigheden gunstig waren voordat ze uiteindelijk samenkwamen.

"Er is iets heel speciaals aan peptiden, nucleïnezuren, polysachariden en lipiden en hun vermogen om samen te werken om iets te doen wat ze afzonderlijk niet hadden kunnen doen, " zei hij. "En er kan een willekeurig aantal chemische processen op de vroege aarde zijn geweest die nooit tot leven hebben geleid."

Weten hoe de omstandigheden op de vroege aarde waren, geeft wetenschappers daarom een ​​sterkere basis om te veronderstellen wat er had kunnen gebeuren, en zou hints kunnen bieden voor andere wegen die misschien nog niet zijn overwogen.

"Er zijn waarschijnlijk veel meer aanwijzingen in de asteroïden over welke moleculen er echt waren, zei Hud. "Misschien weten we niet eens waar we naar moeten zoeken in deze asteroïden, maar door te kijken naar welke moleculen we vinden, we kunnen andere en meer vragen stellen over hoe ze hadden kunnen helpen om het leven op gang te brengen."