Cyanide en koolmonoxide zijn beide dodelijke vergiften voor mensen, maar verbindingen die ijzer bevatten, cyanide, en koolmonoxide ontdekt in koolstofrijke meteorieten door een team van wetenschappers van de Boise State University en NASA heeft mogelijk bijgedragen aan het leven op de vroege aarde. De buitenaardse verbindingen die in meteorieten worden gevonden, lijken op de actieve plaats van hydrogenasen, dat zijn enzymen die energie leveren aan bacteriën en archaea door waterstofgas (H2) af te breken. Hun resultaten suggereren dat deze verbindingen ook op de vroege aarde aanwezig waren, voordat het leven begon, gedurende een periode waarin de aarde constant werd gebombardeerd door meteorieten en de atmosfeer waarschijnlijk meer waterstofrijk was.

"Als de meeste mensen aan cyanide denken, ze denken aan spionagefilms - een man die een pil slikt, schuim op de mond en sterven, maar cyanide was waarschijnlijk een essentiële verbinding voor het bouwen van moleculen die nodig zijn voor het leven, " verklaarde Dr. Karen Smith, senior onderzoeker aan de Boise State University, Boise, Idaho. Cyanide, een koolstofatoom gebonden aan een stikstofatoom, wordt beschouwd als cruciaal voor het ontstaan ​​van leven, omdat het betrokken is bij de niet-biologische synthese van organische verbindingen zoals aminozuren en nucleobasen, die de bouwstenen zijn van eiwitten en nucleïnezuren die door alle bekende levensvormen worden gebruikt.

Smith is hoofdauteur van een paper over dit onderzoek, gepubliceerd op 25 juni in Nature Communications. Smit, samen met Boise State assistent-professor Mike Callahan, een co-auteur op het papier, ontwikkelde nieuwe analytische methoden om oude sporen van cyanide in meteorieten te extraheren en te meten. Ze ontdekten dat de meteorieten die cyanide bevatten behoren tot een groep koolstofrijke meteorieten die CM-chondrieten worden genoemd. Andere soorten meteorieten getest, waaronder een Marsmeteoriet, bevatte geen cyanide.

"Gegevens verzameld door NASA's OSIRIS-REx-ruimtevaartuig van asteroïde Bennu geven aan dat het gerelateerd is aan CM-chondrieten, " zei co-auteur Jason Dworkin van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "OSIRIS-REx zal een monster van Bennu leveren om in 2023 op aarde te bestuderen. We zullen naar deze verbindingen zoeken om te proberen Bennu te verbinden met bekende meteorieten en om de mogelijke levering van prebiotische verbindingen zoals cyanide, die misschien hebben geholpen om het leven op de vroege aarde of andere lichamen in het zonnestelsel te beginnen."

Cyanide is al eerder gevonden in meteorieten. Echter, in het nieuwe werk, Smith en Callahan waren verrast toen ze ontdekten dat cyanide, samen met koolmonoxide (CO), binden zich met ijzer om stabiele verbindingen in de meteorieten te vormen. Ze identificeerden twee verschillende ijzercyano-carbonylcomplexen in de meteorieten met behulp van hoge-resolutie vloeistofchromatografie-massaspectrometrie. "Een van de meest interessante observaties van onze studie is dat deze ijzercyano-carbonylcomplexen lijken op delen van de actieve plaatsen van hydrogenasen, die een zeer aparte structuur hebben, ' zei Callahan.

Hydrogenasen zijn aanwezig in bijna alle moderne bacteriën en archaea en algemeen wordt aangenomen dat ze van oude oorsprong zijn. Hydrogenasen zijn grote eiwitten, maar de actieve plaats - het gebied waar chemische reacties plaatsvinden - is toevallig een veel kleinere metaal-organische verbinding in het eiwit, volgens Callahan. Het is deze verbinding die lijkt op de cyanidehoudende verbindingen die het team ontdekte in meteorieten.

Een blijvend mysterie met betrekking tot de oorsprong van het leven is hoe biologie kan zijn ontstaan ​​uit niet-biologische chemische processen. De overeenkomsten tussen de actieve plaatsen in hydrogenase-enzymen en de cyanideverbindingen die het team in meteorieten vond, suggereert dat niet-biologische processen in de oorspronkelijke asteroïden van meteorieten en op de oude aarde moleculen nuttig hadden kunnen maken voor opkomend leven.

"Cyanide en koolmonoxide gehecht aan een metaal zijn ongebruikelijk en zeldzaam in enzymen. Hydrogenasen zijn de uitzondering. Als je de structuur van deze ijzercyano-carbonylcomplexen in meteorieten vergelijkt met deze actieve plaatsen in hydrogenasen, je vraagt ​​je af of er een verband was tussen de twee, " voegde Smith toe. "Het is mogelijk dat ijzercyanocarbonylcomplexen een voorloper van deze actieve plaatsen zijn geweest en later miljarden jaren geleden in eiwitten zijn opgenomen. Deze complexen fungeerden waarschijnlijk ook als bronnen van cyanide op de vroege aarde."