NASA-wetenschappers bestuderen de oorsprong van het leven door een kosmische evolutie te simuleren

[univers]

Aminozuren vormen miljoenen eiwitten die de chemische tandwielen van het leven aandrijven, inclusief essentiële lichaamsfuncties bij dieren. Vanwege de relatie van aminozuren met levende wezens willen wetenschappers graag de oorsprong van deze moleculen begrijpen. Aminozuren kunnen tenslotte hebben bijgedragen aan het ontstaan ​​van leven op aarde nadat ze hier ongeveer 4 miljard jaar geleden zijn afgeleverd door stukjes asteroïden of kometen.

Maar zo ja, werden er dan aminozuren geproduceerd in asteroïden of kometen? Of kwamen de ruwe ingrediënten van het leven intact uit de interstellaire moleculaire wolk van ijs, gas en stof die ons zonnestelsel en talloze andere heeft gevormd?

Als aminozuren zich in ons zonnestelsel zouden vormen, dan zou het leven hier uniek kunnen zijn. Maar als ze uit een interstellaire wolk kwamen, hadden deze voorlopers van leven zich ook naar andere zonnestelsels kunnen verspreiden.

Wetenschappers van het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, probeerden te onderzoeken hoe aminozuren en amines - hun chemische verwanten - mogelijk zijn gevormd door een mini-kosmische evolutie in het laboratorium te simuleren. De onderzoekers maakten ijs zoals die in interstellaire wolken, bestraalden ze met straling en stelden vervolgens het overgebleven materiaal, waaronder amines en aminozuren, bloot aan water en hitte om de omstandigheden na te bootsen die ze in asteroïden zouden hebben ervaren.

"De belangrijke conclusie is dat de bouwstenen van het leven niet alleen een sterke link hebben met processen in de asteroïde, maar ook met die van de interstellaire moederwolk", zegt Danna Qasim , die aan dit experiment werkte terwijl ze een postdoctoraal onderzoeker was. fellow bij NASA Goddard van 2020 tot 2022. Qasim is nu een onderzoekswetenschapper aan het Southwest Research Institute in San Antonio en hoofdauteur van een studie die op 9 januari is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Earth and Space Chemistry.


Deze torenhoge ranken van kosmisch stof en gas vormen het hart van M 16 of de Adelaarsnevel. De toepasselijk genaamde Pijlers van de Schepping die in deze verbluffende afbeelding te zien zijn, maken deel uit van een actief stervormingsgebied in de nevel en verbergen pasgeboren sterren in hun piekerige kolommen. De chemische bouwstenen van het leven zijn mogelijk afkomstig uit regio's zoals deze en zijn vervolgens verder verwerkt in asteroïden die zijn gevormd in ons zonnestelsel en mogelijk ook in andere zonnestelsels. Deze afbeelding is gemaakt door afbeeldingen van twee camera's aan boord van NASA's James Webb Space Telescope te combineren. Het nabij-infraroodbeeld van Webb werd versmolten met het midden-infraroodbeeld, waardoor dit stervormingsgebied in vuur en vlam kwam te staan ​​met nieuwe details.
Credits: WETENSCHAP: NASA, ESA, CSA, STScI. BEELDVERWERKING: Joseph DePasquale (STScI), Alyssa Pagan (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI).

Voor hun studie maakten Qasim en haar collega's ijs van moleculen die telescopen vaak hebben gedetecteerd in interstellaire wolken, zoals water, methanol, koolstofdioxide en ammoniak. Vervolgens zapten ze met behulp van een Van de Graaff-deeltjesversneller in Goddard het ijs met hoogenergetische protonen om de kosmische straling na te bootsen die het ijs zou hebben ervaren in een moleculaire wolk. Het stralingsproces brak eenvoudige moleculen uit elkaar. Die moleculen recombineerden zich tot complexere aminen en aminozuren, zoals ethylamine en glycine. De aminozuren bleven achter in kleverige resten.


Deze afbeelding toont een flesje met residu dat overbleef nadat Danna Qasim en haar team gesimuleerde interstellaire ijslagen hadden bestraald met behulp van een Van de Graaff-deeltjesversneller bij NASA Goddard. Credits: NASA Goddard/Jason Dworkin

"We verwachten dat deze overblijfselen van de interstellaire wolk worden overgebracht naar de protoplanetaire schijf die een zonnestelsel creëert, inclusief asteroïden", zei Qasim.

Daarna kwamen asteroïde-simulaties. Door de residuen onder te dompelen in buizen met water en ze te verhitten tot verschillende temperaturen en voor verschillende tijdsduur, repliceerden wetenschappers de omstandigheden in sommige asteroïden miljarden jaren geleden, genaamd "waterige verandering". Daarna analyseerden ze de effecten die deze warme, waterige omstandigheden op de moleculen hadden.

Ze ontdekten dat de soorten aminen en aminozuren die in interstellair laboratoriumijs werden gecreëerd, en hun verhoudingen, constant bleven, ongeacht de omstandigheden van de asteroïde. Dit houdt in dat amines en aminozuren intact kunnen blijven terwijl ze migreren van de interstellaire wolk naar een asteroïde. Maar elk molecuul reageerde anders op asteroïde-achtige omstandigheden, afhankelijk van hoeveel warmte de onderzoekers toepasten en voor hoe lang. Glycine-niveaus verdubbelden bijvoorbeeld na 7 dagen asteroïde-simulaties, terwijl ethylamine-niveaus nauwelijks afnamen.

Veel andere wetenschappers hebben interstellair ijs gecreëerd en deze met straling bedekt. Net als het Goddard-team hebben ze ook ontdekt dat dit proces amines en aminozuren creëert. Maar de set verbindingen die in laboratoria worden geproduceerd, komt niet overeen met de set die in meteorieten is gedetecteerd. Meteorieten zijn stukjes asteroïden en misschien kometen die wetenschappers op het aardoppervlak kunnen vinden en in het laboratorium kunnen onderzoeken.

Qasim en haar collega's wilden deze discrepantie onderzoeken, dus ontwierpen ze een experiment - de eerste die asteroïde-simulaties aan het ijsexperiment toevoegde. Het proces begon met een idee van Christopher Materese , een Goddard-onderzoeker die hoofdonderzoeker van dit project was. Materese vroeg zich af of asteroïde-omstandigheden de ontbrekende schakel waren tussen in het laboratorium gemaakt interstellair ijs en meteorietsamenstellingen.

"Laboratoriumexperimenten die uitsluitend gericht zijn op ijsbestraling geven niet volledig de realiteit weer van de chemie die deze verbindingen ervaren", zei Materese. "Dus een deel van het doel van dit werk was om te zien of we die kloof kunnen dichten."

Het onderzoeksteam heeft het gat nog niet gedicht. Ze ontdekten dat zelfs na het simuleren van asteroïde-omstandigheden, de amines en aminozuren die ze produceerden nog steeds niet overeenkwamen met die in meteorieten.

Dit kan om verschillende redenen gebeuren. Men heeft te maken met mogelijke besmetting. Omdat meteorieten door de atmosfeer van de aarde vallen en enige tijd aan de oppervlakte blijven voordat ze worden opgeschept, is het mogelijk dat hun chemische samenstelling verandert en niet perfect de asteroïden weerspiegelt waar ze vandaan kwamen. Maar wetenschappers zullen dit probleem kunnen aanpakken met ongerepte monsters van asteroïde Bennu, die momenteel door NASA's OSIRIS-REx- ruimtevaartuig naar de aarde wordt vervoerd voor een levering aan de oppervlakte op 24 september 2023. Wetenschappers zullen ook hun ijsexperimenten verbeteren nadat NASA's James Webb Space Telescope gedetailleerde informatie heeft geretourneerd over de soorten ijs waaruit interstellaire moleculaire wolken bestaan.

"We zijn nog lang niet aan het einde van dit werk, we hebben nog meer te doen", zei Materese.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... -evolution