Hoge energie, ultraviolette straling van de zon is een bekend gevaar voor het leven, toch heeft de energie die door onze ster wordt geleverd een belangrijke rol gespeeld als de essentiële motor van het leven op aarde.

Voordat het leven begon, straling van de zon was de primaire energiebron op onze planeet, net zoals het vandaag is. In deze zuurstofarme prebiotische wereld, zonne-energie kan de schok hebben gegeven om eenvoudige organische moleculen om te zetten in complexere, die werden gebruikt als de bouwstenen van biologie en leven.

Een nieuw artikel van twee auteurs van de Universiteit van Colorado in Boulder gaat na hoe dit zou kunnen zijn gebeurd door middel van een overzicht van bestaande literatuur over het onderwerp.

"We kijken naar voorbeelden in de literatuur en uit ons eigen laboratorium waar zonlicht is gebruikt om complexe moleculen te bouwen van eenvoudige, prebiotisch beschikbare grondstoffen, " zei hoofdauteur Rebecca Rapf, een promovendus in de fysische chemie.

De krant, "Zonlicht als energetische aanjager in de synthese van moleculen die nodig zijn voor het leven, " co-auteur van haar adviseur, Veronica Vaida, verscheen onlangs in het tijdschrift Fysische chemie Chemische fysica . Het werk van Rapf wordt ondersteund door een NASA Earth and Space Science Fellowship en door fondsen van het Habitable Worlds-programma van NASA.

Het gebrek aan zuurstof in de vroege atmosfeer betekent dat meer hoogenergetische ultraviolette straling van de zon het oppervlak van de prebiotische aarde zou hebben bereikt dan nu, waar het wordt gefilterd door ozon. Hoewel dit bestanddeel van zonlicht destructief kan zijn voor bepaalde biomoleculen, de geleverde energie kan nog steeds nuttig zijn voor chemie op jonge leeftijd, zei Rapf. "Zelfs als je een molecuul vernietigt, het is opgedeeld in kleinere, zeer reactieve brokken die gemakkelijk aanvullende reacties ondergaan, recombineren om grotere hoogenergetische moleculen te vormen."

Vooral, de onderzoekers waren geïntrigeerd door een groep met zuurstof beladen zuren, oxozuren genaamd. Een voorbeeld is pyrodruivenzuur, die tegenwoordig centraal staat in de belangrijkste metabole routes in het leven. Wanneer opgelost in water en verlicht met ultraviolet licht, van pyrodruivenzuur is bekend dat het reageert om grotere moleculen te maken, met hogere opbrengsten onder de zuurstofbeperkte omstandigheden die op de vroege aarde zouden worden aangetroffen.

Pyruvinezuur is slechts een van een klasse moleculen die op dezelfde manier reageren om deze grotere soorten te vormen. Een ander molecuul in deze klasse, 2-oxooctaanzuur, is vooral interessant omdat het een voorbeeld is van een eenvoudig lipide. 2-oxooctaanzuur was waarschijnlijk "prebiotisch relevant, "Raf voegde toe, wat betekent dat het nuttig zou kunnen zijn voor de chemie die uiteindelijk tot leven leidde.

In een eerdere studie over 2-oxooctaanzuur, Rapf en Vaida ontdekten dat blootstelling aan licht een complexer molecuul vormt, dihexylwijnsteenzuur. Dit is opmerkelijk omdat het nieuwe molecuul twee alkylketens heeft, wat betekent dat het meer lijkt op de lipiden die in moderne cellen zitten, die ook twee staarten hebben. Dit door licht gestuurde proces, ontdekt in het Vaida-lab, is een van de weinige manieren om dubbelstaartige lipiden te maken van eenvoudige, enkelstaartige moleculen onder prebiotische omstandigheden.

"We gebruiken zonlicht om grotere moleculen te bouwen, maar om nuttig te zijn voor de ontwikkeling van de biologie, moeten alle moleculen die je bouwt stabiel genoeg zijn om in de omgeving te bestaan, ’ voegde Rapf eraan toe.

In het geval van 2-oxooctaanzuur, het product, dihexylwijnsteenzuur, absorbeert niet hetzelfde UV-licht en daarom wordt beschermd tegen verdere fotochemie (chemische reacties als gevolg van zonlicht). Deze dubbelstaartige lipiden assembleren ook spontaan in membraan-omsloten compartimenten, lijken op eenvoudige protocellen die nodig zijn voor de evolutie van het leven. De onderzoekers zijn op zoek naar andere moleculen die kunnen worden geactiveerd door sterrenlicht en biologisch relevante verbindingen kunnen genereren in een bredere astrobiologische context.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.