Wetenschappers hebben in het laboratorium nagebootst hoe de ingrediënten voor het leven zich 4 miljard jaar geleden diep in de oceaan hadden kunnen vormen. De resultaten van de nieuwe studie bieden aanwijzingen over hoe het leven op aarde begon en waar we het anders in de kosmos zouden kunnen vinden.

Astrobioloog Laurie Barge en haar team bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, werken aan het herkennen van leven op andere planeten door de oorsprong van het leven hier op aarde te bestuderen. Hun onderzoek richt zich op hoe de bouwstenen van het leven zich vormen in hydrothermale bronnen op de oceaanbodem.

Om hydrothermale ventilatieopeningen in het laboratorium opnieuw te creëren, het team maakte hun eigen miniatuurzeebodems door bekers te vullen met mengsels die de oorspronkelijke oceaan van de aarde nabootsen. Deze lab-gebaseerde oceanen fungeren als kraamkamers voor aminozuren, organische verbindingen die essentieel zijn voor het leven zoals wij dat kennen. Zoals Legoblokken, aminozuren bouwen op elkaar voort om eiwitten te vormen, waaruit alle levende wezens bestaan.

"Begrijpen hoe ver je kunt gaan met alleen organische stoffen en mineralen voordat je een echte cel hebt, is echt belangrijk om te begrijpen uit welke soorten omgevingen het leven zou kunnen komen, " zei Barge, de hoofdonderzoeker en de eerste auteur van de nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences . "Ook, onderzoeken hoe dingen zoals de atmosfeer, de oceaan en de mineralen in de ventilatieopeningen hebben allemaal invloed, dit kan je helpen begrijpen hoe waarschijnlijk het is dat dit op een andere planeet is gebeurd."

Gevonden rond scheuren in de zeebodem, hydrothermale ventilatieopeningen zijn plaatsen waar natuurlijke schoorstenen worden gevormd, het vrijgeven van vloeistof verwarmd onder de aardkorst. Wanneer deze schoorstenen in wisselwerking staan ​​met het zeewater om hen heen, ze creëren een omgeving die constant in beweging is, die nodig is om het leven te laten evolueren en veranderen. Deze donkere, warme omgeving gevoed door chemische energie van de aarde kan de sleutel zijn tot hoe leven zich zou kunnen vormen op werelden verder weg in ons zonnestelsel, ver van de hitte van de zon.

"Als we deze hydrothermale bronnen hier op aarde hebben, mogelijk soortgelijke reacties kunnen optreden op andere planeten, " zei Erika Flores van JPL, co-auteur van de nieuwe studie.

Barge en Flores gebruikten bij hun experimenten ingrediënten die veel voorkomen in de vroege oceaan van de aarde. Ze combineerden water, mineralen en de "voorloper" moleculen pyruvaat en ammoniak, die nodig zijn om de vorming van aminozuren te starten. Ze testten hun hypothese door de oplossing te verwarmen tot 158 ​​graden Fahrenheit (70 graden Celsius) - dezelfde temperatuur die wordt gevonden in de buurt van een hydrothermale ventilatieopening - en de pH aan te passen om de alkalische omgeving na te bootsen. Ze verwijderden ook de zuurstof uit het mengsel omdat, in tegenstelling tot vandaag, de vroege aarde had heel weinig zuurstof in de oceaan. Het team gebruikte bovendien het mineraal ijzerhydroxide, of "groene roest, " die overvloedig aanwezig was op de vroege aarde.

De groene roest reageerde met kleine hoeveelheden zuurstof die het team in de oplossing injecteerde, produceren van het aminozuur alanine en het alfa-hydroxyzuurlactaat. Alfahydroxyzuren zijn bijproducten van aminozuurreacties, maar sommige wetenschappers theoretiseren dat ook zij zouden kunnen combineren om complexere organische moleculen te vormen die tot leven zouden kunnen leiden.

"We hebben aangetoond dat in geologische omstandigheden vergelijkbaar met de vroege aarde, en misschien naar andere planeten, we kunnen aminozuren en alfahydroxyzuren vormen door een eenvoudige reactie onder milde omstandigheden die op de zeebodem zouden hebben bestaan, ' zei Barge.

Barge's creatie van aminozuren en alfahydroxyzuren in het laboratorium is het hoogtepunt van negen jaar onderzoek naar de oorsprong van het leven. Eerdere studies hebben gekeken of de juiste ingrediënten voor het leven worden gevonden in hydrothermale bronnen, en hoeveel energie die ventilatieopeningen kunnen genereren (genoeg om een ​​gloeilamp van stroom te voorzien). Maar deze nieuwe studie is de eerste keer dat haar team een ​​omgeving heeft gezien die erg lijkt op een hydrothermale ventilatie die een organische reactie veroorzaakt. Barge en haar team zullen deze reacties blijven bestuderen in afwachting van het vinden van meer ingrediënten voor het leven en het creëren van complexere moleculen. Stap voor stap, ze kruipt langzaam omhoog in de keten van het leven.

Deze onderzoekslijn is belangrijk omdat wetenschappers werelden in ons zonnestelsel bestuderen en daarbuiten mogelijk bewoonbare omgevingen herbergen. Jupiters maan Europa en Saturnusmaan Enceladus, bijvoorbeeld, hydrothermale ventilatieopeningen in oceanen onder hun ijzige korst kunnen hebben. Begrijpen hoe het leven zou kunnen beginnen in een oceaan zonder zonlicht zou wetenschappers helpen bij het ontwerpen van toekomstige verkenningsmissies, evenals experimenten die onder het ijs zouden kunnen graven om te zoeken naar bewijs van aminozuren of andere biologische moleculen.

Toekomstige Mars-missies kunnen monsters van het roestige oppervlak van de Rode Planeet teruggeven, die bewijzen kunnen onthullen van aminozuren gevormd door ijzermineralen en oud water. Exoplaneten - werelden buiten ons bereik maar nog steeds binnen het rijk van onze telescopen - kunnen tekenen van leven in hun atmosferen hebben die in de toekomst kunnen worden onthuld.

"We hebben nog geen concreet bewijs van leven elders, " zei Barge. "Maar het begrijpen van de voorwaarden die nodig zijn voor de oorsprong van het leven kan helpen om de plaatsen te beperken waarvan we denken dat het leven zou kunnen bestaan."

Dit onderzoek werd ondersteund door het NASA Astrobiology Institute, JPL Icy Worlds-team.