Alle levende wezens hebben cellen en energie nodig om te repliceren. Zonder deze fundamentele bouwstenen, levende organismen op aarde zouden zich niet kunnen voortplanten en zouden eenvoudigweg niet bestaan.

Er was weinig bekend over een sleutelelement in de bouwstenen, fosfaten, tot nu. Universiteit van Hawai'i bij Mānoa-onderzoekers, in samenwerking met collega's in Frankrijk en Taiwan, leveren overtuigend nieuw bewijs dat deze component voor leven in de ruimte werd gegenereerd en in de eerste miljard jaar door meteorieten of kometen aan de aarde werd afgeleverd. De fosforverbindingen werden vervolgens opgenomen in biomoleculen die werden gevonden in cellen van levende wezens op aarde.

Het baanbrekende onderzoek wordt beschreven in "An Interstellaire synthese van fosforoxozuren, " geschreven door UH Mānoa afgestudeerde student Andrew Turner, nu assistent-professor aan de Universiteit van Pikeville, en UH Mānoa scheikunde professor Ralf Kaiser, in het septembernummer van Natuurcommunicatie .

Volgens de studie, fosfaten en difosforzuur zijn twee belangrijke elementen die essentieel zijn voor deze bouwstenen in de moleculaire biologie. Ze zijn de hoofdbestanddelen van chromosomen, de dragers van genetische informatie waarin DNA wordt gevonden. Samen met fosfolipiden in celmembranen en adenosinetrifosfaat, die functioneren als energiedragers in cellen, ze vormen zelfreplicerend materiaal dat aanwezig is in alle levende organismen.

Interstellaire omstandigheden repliceren

In een ultrahoogvacuümkamer afgekoeld tot 5 K (-450℉) in de W.M. Keck Research Laboratory in Astrochemie aan de UH Manoa, het Hawaï-team repliceerde interstellaire ijzige korrels bedekt met koolstofdioxide en water, die alomtegenwoordig zijn in koude moleculaire wolken, en fosfine. Bij blootstelling aan ioniserende straling in de vorm van hoogenergetische elektronen om de kosmische straling in de ruimte te simuleren, meerdere fosforoxozuren zoals fosforzuur en difosforzuur werden gesynthetiseerd via niet-evenwichtsreacties.

"Op aarde, fosfine is dodelijk voor levende wezens, " zei Turner, hoofdauteur. "Maar in het interstellaire medium, een exotische fosfinechemie kan zeldzame chemische reactieroutes bevorderen om de vorming van biorelevante moleculen zoals oxozuren van fosfor te initiëren, die uiteindelijk zou kunnen leiden tot de moleculaire evolutie van het leven zoals wij dat kennen."

Keizer heeft toegevoegd, "De fosforoxozuren die in onze experimenten zijn gedetecteerd door een combinatie van geavanceerde analyses met lasers, gekoppeld aan massaspectrometers samen met gaschromatografen, zou ook gevormd kunnen zijn in het ijs van kometen zoals 67P/Churyumov-Gerasimenko, die een fosforbron bevat waarvan wordt aangenomen dat deze afkomstig is van fosfine." Kaiser zegt dat deze technieken ook kunnen worden gebruikt om sporen van explosieven en drugs op te sporen.

"Aangezien kometen ten minste gedeeltelijk de overblijfselen bevatten van het materiaal van de protoplanetaire schijf die ons zonnestelsel heeft gevormd, deze verbindingen kunnen worden herleid tot het interstellaire medium waar voldoende fosfine in interstellaire ijs beschikbaar is, " zei Cornelia Meinert van de Universiteit van Nice (Frankrijk).

Bij levering aan de aarde door meteorieten of kometen, deze fosforoxozuren waren mogelijk beschikbaar voor de prebiotische fosforchemie van de aarde. Daarom is een goed begrip van de gemakkelijke synthese van deze oxozuren essentieel om de oorsprong van in water oplosbare prebiotische fosforverbindingen te ontrafelen en hoe ze kunnen zijn opgenomen in organismen, niet alleen op aarde, maar mogelijk ook in ons universum.