In hun zoektocht naar leven in zonnestelsels dichtbij en veraf, onderzoekers hebben de aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer van een planeet vaak geaccepteerd als het zekerste teken dat er leven aanwezig kan zijn. Een nieuwe Johns Hopkins-studie, echter, beveelt een heroverweging van die vuistregel aan.

Simuleren in het lab de atmosferen van planeten buiten het zonnestelsel, onderzoekers hebben met succes zowel organische verbindingen als zuurstof gemaakt, afwezig in het leven.

De bevindingen, gepubliceerd op 11 december door het tijdschrift ACS Aard- en ruimtechemie , dienen als een waarschuwend verhaal voor onderzoekers die suggereren dat de aanwezigheid van zuurstof en organische stoffen op verre werelden het bewijs is van leven daar.

"Onze experimenten produceerden zuurstof en organische moleculen die zouden kunnen dienen als de bouwstenen van het leven in het laboratorium, bewijzen dat de aanwezigheid van beide niet definitief op leven wijst, " zegt Chao He, assistent-onderzoeker aan de Johns Hopkins University Department of Earth and Planetary Sciences en de eerste auteur van de studie. "Onderzoekers moeten zorgvuldiger nadenken over hoe deze moleculen worden geproduceerd."

Zuurstof maakt 20 procent uit van de atmosfeer van de aarde en wordt beschouwd als een van de meest robuuste biosignatuurgassen in de atmosfeer van de aarde. In de zoektocht naar leven buiten het zonnestelsel van de aarde, echter, er is weinig bekend over hoe verschillende energiebronnen chemische reacties initiëren en hoe die reacties biosignaturen zoals zuurstof kunnen creëren. Terwijl andere onderzoekers fotochemische modellen op computers hebben uitgevoerd om te voorspellen wat exoplaneetatmosferen zouden kunnen creëren, voor zover He weet zijn dergelijke simulaties nog niet eerder in het laboratorium uitgevoerd.

Het onderzoeksteam voerde de simulatie-experimenten uit in een speciaal ontworpen Planetary HAZE (PHAZER) kamer in het lab van Sarah Hörst, assistent-professor Aard- en planetaire wetenschappen en co-auteur van het artikel. De onderzoekers testten negen verschillende gasmengsels, consistent met voorspellingen voor exoplaneetatmosferen van het type superaarde en mini-Neptunus; dergelijke exoplaneten zijn het meest voorkomende type planeet in ons Melkwegstelsel. Elk mengsel had een specifieke samenstelling van gassen zoals koolstofdioxide, water, ammoniak, en methaan, en elk werd verwarmd bij temperaturen variërend van ongeveer 80 tot 700 graden Fahrenheit.

Hij en het team lieten elk gasmengsel in de PHAZER-opstelling stromen en stelden het mengsel vervolgens bloot aan een van de twee soorten energie, bedoeld om energie na te bootsen die chemische reacties in planetaire atmosferen teweegbrengt:plasma van een wisselstroomglimontlading of licht van een ultraviolette lamp. Plasma, een energiebron sterker dan UV-licht, kan elektrische activiteiten zoals bliksem en/of energetische deeltjes simuleren, en UV-licht is de belangrijkste aanjager van chemische reacties in planetaire atmosferen zoals die op aarde, Saturnus en Pluto.

Nadat de experimenten drie dagen ononderbroken waren uitgevoerd, overeenkomend met de tijd dat gas zou worden blootgesteld aan energiebronnen in de ruimte, de onderzoekers hebben de resulterende gassen gemeten en geïdentificeerd met een massaspectrometer, een instrument dat chemische stoffen sorteert op basis van hun massa tot ladingsverhouding.

Het onderzoeksteam vond meerdere scenario's die zowel zuurstof als organische moleculen produceerden die suikers en aminozuren konden bouwen - grondstoffen waarvoor het leven zou kunnen beginnen - zoals formaldehyde en waterstofcyanide.

"Mensen suggereerden dat zuurstof en organische stoffen samen aanwezig zijn op leven, maar we hebben ze abiotisch geproduceerd in meerdere simulaties, " Hij zegt. "Dit suggereert dat zelfs de gelijktijdige aanwezigheid van algemeen aanvaarde biosignaturen een vals positief voor het leven zou kunnen zijn."