In een laboratoriumexperiment dat astrofysische omstandigheden nabootst, met cryogene temperaturen in een ultrahoog vacuüm, wetenschappers gebruikten een elektronenkanon om dunne ijslagen bedekt met basismoleculen van methaan te bestralen, ammoniak en kooldioxide. Deze eenvoudige moleculen zijn ingrediënten voor de bouwstenen van het leven. Het experiment testte hoe de combinatie van elektronen en basismaterie leidt tot complexere biomolecuulvormen - en misschien uiteindelijk tot levensvormen.

"Je hebt alleen de juiste combinatie van ingrediënten nodig, " auteur Michael Huels zei. "Deze moleculen kunnen combineren, ze kunnen chemisch reageren, onder de juiste voorwaarden, om grotere moleculen te vormen die vervolgens aanleiding geven tot de grotere biomoleculen die we in cellen zien, zoals componenten van eiwitten, RNA of DNA, of fosfolipiden."

De juiste voorwaarden, in de ruimte, omvatten ioniserende straling. In de ruimte, moleculen worden blootgesteld aan UV-stralen en hoogenergetische straling, waaronder röntgenstralen, gamma stralen, stellaire en zonnewinddeeltjes en kosmische straling. Ze worden ook blootgesteld aan laagenergetische elektronen, of LEE's, geproduceerd als een secundair product van de botsing tussen straling en materie. De auteurs onderzochten LEE's voor een meer genuanceerd begrip van hoe complexe moleculen zich zouden kunnen vormen.

In hun krant gepubliceerd in de Tijdschrift voor Chemische Fysica , de auteurs legden meerlaags ijs bloot dat bestond uit koolstofdioxide, methaan en ammoniak naar LEE's en gebruikte vervolgens een soort massaspectrometrie genaamd temperatuur geprogrammeerde desorptie (TPD) om de moleculen die door LEE's zijn gemaakt te karakteriseren.

in 2017, met behulp van een vergelijkbare methode, deze onderzoekers waren in staat om ethanol te maken, een niet-essentieel molecuul, van slechts twee ingrediënten:methaan en zuurstof. Maar dit zijn eenvoudige moleculen, lang niet zo complex als de grotere moleculen waar het leven om draait. Dit nieuwe experiment heeft een molecuul opgeleverd dat complexer is, en is essentieel voor het aardse leven:glycine.

Glycine is een aminozuur, gemaakt van waterstof, koolstof, stikstof en zuurstof. Aantonen dat LEE's eenvoudige moleculen in complexere vormen kunnen omzetten, illustreert hoe de bouwstenen van het leven in de ruimte kunnen zijn gevormd en vervolgens op aarde kunnen zijn aangekomen uit materiaal dat via een komeet- of meteorietinslag is afgeleverd.

In hun experiment hebben voor elke 260 elektronen blootstelling, één molecuul glycine werd gevormd. Om te weten hoe realistisch deze vormingssnelheid in de ruimte was, niet alleen in het laboratorium, de onderzoekers geëxtrapoleerd om de waarschijnlijkheid te bepalen dat een koolstofdioxidemolecuul zowel een methaanmolecuul als een ammoniakmolecuul zou tegenkomen en hoeveel straling ze, samen, zou kunnen tegenkomen.

"Je moet onthouden - in de ruimte, er is veel tijd, Huels zei. "Het idee was om een ​​idee te krijgen van de waarschijnlijkheid:is dit een realistische opbrengst, of is dit een hoeveelheid die helemaal gek is, zo laag of zo hoog dat het geen zin heeft? En we vinden dat het eigenlijk best realistisch is voor een snelheid van vorming van glycine of soortgelijke biomoleculen."