Voordat er dieren waren, bacteriën of zelfs DNA op aarde, zelfreplicerende moleculen evolueerden langzaam van eenvoudige materie naar leven onder een constante regen van energetische deeltjes uit de ruimte.

In een nieuwe krant een professor aan Stanford en een voormalig postdoctoraal wetenschapper speculeren dat deze interactie tussen oude proto-organismen en kosmische straling verantwoordelijk kan zijn voor een cruciale structurele voorkeur, chiraliteit genoemd, in biologische moleculen. Als hun idee klopt, het suggereert dat al het leven in het universum dezelfde chirale voorkeur zou kunnen hebben.

chiraliteit, ook wel handigheid genoemd, is het bestaan ​​van spiegelbeeldversies van moleculen. Zoals de linker- en rechterhand, twee chirale vormen van een enkel molecuul weerspiegelen elkaar in vorm, maar staan ​​niet op één lijn als ze worden gestapeld. In elk belangrijk biomolecuul - aminozuren, DNA, RNA - het leven gebruikt maar één vorm van moleculaire handigheid. Als de spiegelversie van een molecuul de reguliere versie vervangt binnen een biologisch systeem, het systeem zal vaak defect raken of helemaal niet meer functioneren. In het geval van DNA, een enkele verkeerde suiker zou de stabiele spiraalvormige structuur van het molecuul verstoren.

Louis Pasteur ontdekte deze biologische homochiraliteit voor het eerst in 1848. wetenschappers hebben gedebatteerd of de handigheid van het leven werd gedreven door willekeurig toeval of een onbekende deterministische invloed. Pasteur veronderstelde dat, als het leven asymmetrisch is, dan kan het te wijten zijn aan een asymmetrie in de fundamentele interacties van de natuurkunde die in de hele kosmos bestaan.

"We stellen voor dat de biologische handigheid die we nu op aarde zien, te wijten is aan evolutie te midden van magnetisch gepolariseerde straling, waar een klein verschil in de mutatiesnelheid de evolutie van op DNA gebaseerd leven kan hebben bevorderd, in plaats van zijn spiegelbeeld, " zei Noémie Globus hoofdauteur van het artikel en voormalig Koret Fellow aan het Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC).

In hun krant gepubliceerd op 20 mei in Astrofysische journaalbrieven , de onderzoekers beschrijven hun argument ten gunste van kosmische straling als de oorsprong van homochiraliteit. Ze bespreken ook mogelijke experimenten om hun hypothese te testen.

Magnetische polarisatie vanuit de ruimte

Kosmische straling is een overvloedige vorm van hoogenergetische straling die afkomstig is van verschillende bronnen in het universum, inclusief sterren en verre sterrenstelsels. Na het raken van de atmosfeer van de aarde, kosmische straling degradeert uiteindelijk tot fundamentele deeltjes. Op grondniveau, de meeste kosmische straling bestaat alleen als deeltjes die bekend staan ​​als muonen.

Muonen zijn onstabiele deeltjes, slechts 2 miljoenste van een seconde bestaan, maar omdat ze met de snelheid van het licht reizen, ze zijn meer dan 700 meter onder het aardoppervlak gedetecteerd. Ze zijn ook magnetisch gepolariseerd, betekenis, gemiddeld, muonen delen allemaal dezelfde magnetische oriëntatie. Wanneer muonen uiteindelijk vervallen, ze produceren elektronen met dezelfde magnetische polarisatie. De onderzoekers geloven dat het penetrerende vermogen van het muon het en zijn dochterelektronen mogelijk maakt om chirale moleculen op aarde en overal elders in het universum te beïnvloeden.

"We worden voortdurend bestraald door kosmische straling, " legde Globus uit, die momenteel een postdoctoraal onderzoeker is aan de New York University en het Flatiron Institute van de Simons Foundation. "Hun effecten zijn klein maar constant op elke plaats op de planeet waar leven zou kunnen evolueren, en de magnetische polarisatie van de muonen en elektronen is altijd hetzelfde. En zelfs op andere planeten, kosmische straling zou dezelfde effecten hebben."

De hypothese van de onderzoekers is dat, aan het begin van het leven op aarde, deze constante en consistente straling beïnvloedde de evolutie van de twee spiegellevensvormen op verschillende manieren, het helpen van de ene uiteindelijk de overhand op de andere. Deze kleine verschillen in mutatiesnelheid zouden het meest significant zijn geweest toen het leven begon en de betrokken moleculen waren heel eenvoudig en kwetsbaarder. Onder deze omstandigheden, de kleine maar aanhoudende chirale invloed van kosmische straling zou kunnen hebben, gedurende miljarden generaties evolutie, produceerde de enige biologische handigheid die we vandaag zien.

"Dit is een beetje zoals een roulettewiel in Vegas, waar je een lichte voorkeur zou kunnen hebben voor de rode zakken, in plaats van de zwarte zakken, " zei Roger Blandford, de Luke Blossom Professor in de School of Humanities and Sciences aan Stanford en een auteur op het papier. "Speel een paar spelletjes, je zou het nooit merken. Maar als je vele jaren met dit roulettewiel speelt, degenen die gewoonlijk op rood wedden, zullen geld verdienen en degenen die op zwart wedden, zullen verliezen en weggaan."

Klaar om verrast te worden

Globus en Blandford suggereren experimenten die kunnen helpen hun kosmische stralingshypothese te bewijzen of te weerleggen. Bijvoorbeeld, ze willen testen hoe bacteriën reageren op straling met verschillende magnetische polarisatie.

"Experimenten als deze zijn nog nooit uitgevoerd en ik ben opgewonden om te zien wat ze ons leren. Verrassingen komen onvermijdelijk voort uit verder werk aan interdisciplinaire onderwerpen, ' zei Globus.

De onderzoekers kijken ook uit naar organische monsters van kometen, asteroïden of Mars om te zien of ook zij een chirale vooringenomenheid vertonen.

"Dit idee verbindt fundamentele fysica en de oorsprong van het leven, " zei Blandford, die ook Stanford en SLAC hoogleraar natuurkunde en deeltjesfysica is en voormalig directeur van KIPAC. "Of het nu klopt of niet, het overbruggen van deze zeer verschillende velden is spannend en een succesvol experiment zou interessant moeten zijn."