Wetenschap
Cruciale bouwstenen van het leven op aarde kunnen zich gemakkelijker in de ruimte vormen, zegt nieuw onderzoek
De oorsprong van het leven op aarde is nog steeds raadselachtig, maar we ontrafelen langzaam de stappen en de noodzakelijke ingrediënten. Wetenschappers geloven dat het leven ontstond in een oersoep van organische chemicaliën en biomoleculen op de vroege aarde, en uiteindelijk leidde tot echte organismen.
Er wordt al lang vermoed dat sommige van deze ingrediënten mogelijk vanuit de ruimte zijn aangevoerd. Nu een nieuwe studie, gepubliceerd in Science Advances laat zien dat een speciale groep moleculen, bekend als peptiden, zich onder de omstandigheden van de ruimte gemakkelijker kan vormen dan die op aarde. Dat betekent dat ze door meteorieten of kometen naar de vroege aarde kunnen zijn gebracht, en dat zich mogelijk ook elders leven kan vormen.
De functies van het leven worden in onze cellen (en die van alle levende wezens) in stand gehouden door grote, complexe, op koolstof gebaseerde (organische) moleculen die eiwitten worden genoemd. Hoe we de grote verscheidenheid aan eiwitten kunnen maken die we nodig hebben om in leven te blijven, is gecodeerd in ons DNA, dat zelf een groot en complex organisch molecuul is.
Deze complexe moleculen zijn echter samengesteld uit een verscheidenheid aan kleine en eenvoudige moleculen, zoals aminozuren, de zogenaamde bouwstenen van het leven.
Om de oorsprong van het leven te verklaren, moeten we begrijpen hoe en waar deze bouwstenen zich vormen en onder welke omstandigheden ze zichzelf spontaan assembleren tot complexere structuren. Ten slotte moeten we de stap begrijpen die hen in staat stelt een beperkt, zichzelf replicerend systeem te worden:een levend organisme.
Deze nieuwste studie werpt licht op hoe sommige van deze bouwstenen zich mogelijk hebben gevormd en geassembleerd, en hoe ze op aarde terecht zijn gekomen.
Stappen naar het leven
DNA, of deoxyribonucleïnezuur, bestaat uit twee lange strengen die een dubbele helixstructuur vormen. Elke streng bestaat uit kleinere moleculen die nucleotiden worden genoemd. Elke nucleotide bevat drie componenten:een suikermolecuul (deoxyribose in DNA), een fosfaatgroep en een stikstofbase. Er zijn vier soorten stikstofbasen in DNA:adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). Deze basen paren specifiek (A met T, C met G) om de sporten van de dubbele helixladder te vormen, waarbij de suiker- en fosfaatgroepen de ruggengraat van het DNA-molecuul vormen.
Peptiden zijn een verzameling aminozuren in een korte ketenachtige structuur. Peptiden kunnen uit slechts twee aminozuren bestaan, maar kunnen ook uit honderden aminozuren bestaan.
De assemblage van aminozuren tot peptiden is een belangrijke stap omdat peptiden functies bieden zoals het 'katalyseren' of versterken van reacties die belangrijk zijn voor het in stand houden van het leven. Het zijn ook kandidaat-moleculen die verder geassembleerd hadden kunnen worden tot vroege versies van membranen, waardoor functionele moleculen in celachtige structuren werden opgesloten.
Ondanks hun potentieel belangrijke rol bij het ontstaan van leven, was het echter niet zo eenvoudig om peptiden spontaan te vormen onder de omgevingsomstandigheden op de vroege aarde. In feite hadden de wetenschappers achter het huidige onderzoek eerder aangetoond dat de koude omstandigheden in de ruimte feitelijk gunstiger zijn voor de vorming van peptiden.
In de zeer lage dichtheid van wolken van moleculen en stofdeeltjes in een deel van de ruimte dat het interstellaire medium wordt genoemd (zie hierboven), kunnen afzonderlijke koolstofatomen samen met koolmonoxide- en ammoniakmoleculen aan het oppervlak van stofkorrels blijven plakken. Ze reageren vervolgens om aminozuurachtige moleculen te vormen. Wanneer zo’n wolk dichter wordt en stofdeeltjes ook aan elkaar gaan plakken, kunnen deze moleculen zich samenvoegen tot peptiden.
In hun nieuwe onderzoek kijken de wetenschappers naar de dichte omgeving van stoffige schijven, waaruit uiteindelijk een nieuw zonnestelsel met een ster en planeten ontstaat. Dergelijke schijven ontstaan wanneer wolken plotseling instorten onder invloed van de zwaartekracht. In deze omgeving komen watermoleculen veel vaker voor:ze vormen ijs op het oppervlak van groeiende agglomeraten van deeltjes die de reacties kunnen remmen die peptiden vormen.
Door de reacties na te bootsen die waarschijnlijk in het interstellaire medium in het laboratorium zullen optreden, laat het onderzoek zien dat de vorming van peptiden weliswaar enigszins wordt verminderd, maar niet wordt voorkomen. In plaats daarvan, terwijl rotsen en stof zich combineren om grotere lichamen zoals asteroïden en kometen te vormen, worden deze lichamen warm en kunnen er vloeistoffen ontstaan. Dit stimuleert de vorming van peptiden in deze vloeistoffen, en er is een natuurlijke selectie van verdere reacties die resulteren in nog complexere organische moleculen. Deze processen zouden hebben plaatsgevonden tijdens de vorming van ons eigen zonnestelsel.
Veel van de bouwstenen van het leven, zoals aminozuren, lipiden en suikers, kunnen zich in de ruimteomgeving vormen. Velen zijn ontdekt in meteorieten.
Omdat de vorming van peptiden efficiënter is in de ruimte dan op aarde, en omdat ze zich kunnen ophopen in kometen, kan hun impact op de vroege aarde een lading hebben opgeleverd die de stappen richting het ontstaan van leven op aarde heeft bevorderd.
Wat betekent dit allemaal voor onze kansen om buitenaards leven te vinden? Welnu, de bouwstenen voor leven zijn overal in het universum beschikbaar. Hoe specifiek de omstandigheden moeten zijn om hen in staat te stellen zichzelf te assembleren tot levende organismen, is nog steeds een open vraag. Als we dat eenmaal weten, hebben we een goed idee van hoe wijdverspreid het leven wel of niet is.