Wetenschap
De bouwstenen van het leven zijn verrassend stabiel in Venus-achtige omstandigheden:studie
Als het daar bestaat, hebben wetenschappers aangenomen dat elke bewoner van de Venusiaanse wolk er heel anders uit zou zien dan de levensvormen op aarde. Dat komt omdat de wolken zelf zijn gemaakt van zeer giftige druppeltjes zwavelzuur, een intens corrosieve chemische stof waarvan bekend is dat deze metalen oplost en de meeste biologische moleculen op aarde vernietigt.
Maar een nieuwe studie van MIT-onderzoekers kan die veronderstelling in twijfel trekken. Vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiology , meldt de studie dat sommige belangrijke bouwstenen van het leven in feite kunnen blijven bestaan in oplossingen van geconcentreerd zwavelzuur.
De auteurs van het onderzoek hebben ontdekt dat 19 aminozuren die essentieel zijn voor het leven op aarde tot vier weken stabiel blijven als ze in flesjes zwavelzuur worden geplaatst in concentraties die vergelijkbaar zijn met die in de wolken van Venus. Ze ontdekten met name dat de moleculaire ‘ruggengraat’ van alle 19 aminozuren intact bleef in zwavelzuuroplossingen met een concentratie van 81% tot 98%.
"Wat absoluut verrassend is, is dat geconcentreerd zwavelzuur geen oplosmiddel is dat universeel vijandig staat tegenover de organische chemie", zegt co-auteur Janusz Petkowski, een onderzoeksfiliaal bij het Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) van het MIT. P>
‘We ontdekken dat de bouwstenen van het leven op aarde stabiel zijn in zwavelzuur, en dit is zeer intrigerend voor het idee van de mogelijkheid van leven op Venus’, zegt studieauteur Sara Seager, MIT’s Class of 1941 Professor of Planetary Sciences in EAPS. en een professor in de afdelingen Natuurkunde en Lucht- en Ruimtevaartkunde. "Het betekent niet dat het leven daar hetzelfde zal zijn als hier. Sterker nog, we weten dat dit niet zo kan zijn. Maar dit werk bevordert het idee dat de wolken van Venus complexe chemicaliën kunnen ondersteunen die nodig zijn voor het leven."
Tot de co-auteurs van de studie behoren onder meer eerste auteur Maxwell Seager, een student aan de afdeling scheikunde van het Worcester Polytechnic Institute en de zoon van Seager, en William Bains, een onderzoeksfiliaal aan het MIT en een wetenschapper aan de Universiteit van Cardiff.
Bouwstenen in zuur
De zoektocht naar leven in de wolken van Venus is de afgelopen jaren in een stroomversnelling gekomen, deels aangewakkerd door een controversiële detectie van fosfine – een molecuul dat wordt beschouwd als een kenmerk van leven – in de atmosfeer van de planeet. Hoewel die detectie nog steeds ter discussie staat, heeft het nieuws een oude vraag nieuw leven ingeblazen:zou de zusterplaneet van de aarde daadwerkelijk leven kunnen herbergen?
Op zoek naar een antwoord plannen wetenschappers verschillende missies naar Venus, waaronder de eerste grotendeels particulier gefinancierde missie naar de planeet, ondersteund door het in Californië gevestigde lanceerbedrijf Rocket Lab. Die missie, waarbij Seager de hoofdonderzoeker van de wetenschap is, heeft tot doel een ruimtevaartuig door de wolken van de planeet te sturen om hun chemie te analyseren op tekenen van organische moleculen.
Voorafgaand aan de lancering van de missie in januari 2025 hebben Seager en haar collega's verschillende moleculen in geconcentreerd zwavelzuur getest om te zien welke fragmenten van het leven op aarde mogelijk ook stabiel zijn in de wolken van Venus, die naar schatting ordes van grootte zuurder zijn dan de wolken van Venus. meest zure plekken op aarde.
"Mensen hebben de perceptie dat geconcentreerd zwavelzuur een extreem agressief oplosmiddel is dat alles in stukken zal hakken", zegt Petkowski. "Maar we ontdekken dat dit niet noodzakelijkerwijs waar is."
Het team heeft eerder aangetoond dat complexe organische moleculen zoals sommige vetzuren en nucleïnezuren verrassend stabiel blijven in zwavelzuur. De wetenschappers benadrukken zorgvuldig, zoals ze in hun huidige artikel doen, dat "complexe organische chemie natuurlijk geen leven is, maar er is geen leven zonder."
Met andere woorden:als bepaalde moleculen in zwavelzuur kunnen blijven bestaan, zijn de zeer zure wolken van Venus misschien bewoonbaar, zo niet noodzakelijkerwijs bewoond.
In hun nieuwe onderzoek richtte het team hun aandacht op aminozuren:moleculen die samen essentiële eiwitten vormen, elk met hun eigen specifieke functie. Elk levend wezen op aarde heeft aminozuren nodig om eiwitten te maken die op hun beurt levensondersteunende functies vervullen, van het afbreken van voedsel tot het genereren van energie, het opbouwen van spieren en het repareren van weefsel.
‘Als je de vier belangrijkste bouwstenen van het leven beschouwt, namelijk nucleïnezuurbasen, aminozuren, vetzuren en koolhydraten, hebben we aangetoond dat sommige vetzuren micellen en blaasjes kunnen vormen in zwavelzuur, en dat de nucleïnezuurbasen stabiel zijn in zwavelzuur. Het is aangetoond dat koolhydraten zeer reactief zijn in zwavelzuur", aldus Maxwell
Seager legt het uit. ‘Daardoor hadden we alleen aminozuren als laatste grote bouwsteen
studeren."
Een stabiele ruggengraat
De wetenschappers begonnen hun onderzoek naar zwavelzuur tijdens de pandemie en voerden hun experimenten uit in een thuislaboratorium. Sinds die tijd bleven Seager en haar zoon werken aan chemie in geconcentreerd zwavelzuur. Begin 2023 bestelden ze poedermonsters van twintig ‘biogene’ aminozuren – aminozuren die essentieel zijn voor al het leven op aarde. Ze losten elk type aminozuur op in flesjes zwavelzuur vermengd met water, in concentraties van 81% en 98%, wat overeenkomt met het bereik dat bestaat in de wolken van Venus.
Het team liet de flesjes vervolgens een dag incuberen voordat ze naar MIT's Department of Chemistry Instrumentation Facility (DCIF) werden vervoerd, een gedeeld, 24/7 laboratorium dat een aantal geautomatiseerde en handmatige instrumenten biedt die MIT-wetenschappers kunnen gebruiken. Seager en haar team van hun kant gebruikten de nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectrometer van het laboratorium om de structuur van aminozuren in zwavelzuur te analyseren.
Na elk flesje meerdere keren gedurende vier weken te hebben geanalyseerd, ontdekten de wetenschappers tot hun verbazing dat de moleculaire basisstructuur, of 'ruggengraat', in 19 van de 20 aminozuren stabiel en onveranderd bleef, zelfs in zeer zure omstandigheden.
‘Alleen al het aantonen dat deze ruggengraat stabiel is in zwavelzuur betekent niet dat er leven is op Venus’, merkt Maxwell Seager op. "Maar als we hadden aangetoond dat deze ruggengraat aangetast was, dan zou er geen kans meer zijn op het leven zoals wij dat kennen."
"Nu, met de ontdekking dat veel aminozuren en nucleïnezuren stabiel zijn in 98% zwavelzuur, is de mogelijkheid dat leven in zwavelzuur overleeft misschien niet zo vergezocht of fantastisch", zegt Sanjay Limaye, planetair wetenschapper aan de universiteit. uit Wisconsin, die Venus al meer dan 45 jaar bestudeert, en die niet bij dit onderzoek betrokken was. "Natuurlijk liggen er nog veel obstakels in het verschiet, maar het leven dat in water is geëvolueerd en zich heeft aangepast aan zwavelzuur zal wellicht niet zomaar terzijde worden geschoven."
Het team erkent dat de wolkenchemie van Venus waarschijnlijk rommeliger is dan de 'reageerbuis'-omstandigheden van het onderzoek. Wetenschappers hebben bijvoorbeeld naast zwavelzuur ook verschillende sporengassen in de wolken van de planeet gemeten. Daarom is het team van plan bepaalde sporengassen in toekomstige experimenten op te nemen.
"Er zijn nu nog maar een paar groepen in de wereld die zich bezighouden met chemie in zwavelzuur, en ze zullen het er allemaal over eens zijn dat niemand intuïtie heeft", voegt Sara Seager toe. "Ik denk dat we gewoon blijer zijn dan wat dan ook dat dit laatste resultaat nog een 'ja' toevoegt voor de mogelijkheid van leven op Venus."