Scheikundigen komen met een nieuw idee over hoe de eerste bouwstenen voor leven konden ontstaan. Dit kan ons helpen met de zoektocht naar leven op andere planeten.
Scheikundigen hebben een nieuw idee over hoe de eerste moleculen die nodig zijn voor leven op aarde zijn ontstaan. Kleine flitsen van microlightning, microbliksem, tussen waterdruppels hebben mogelijk de hiervoor noodzakelijke chemische reacties op gang gebracht. ‘Dit is een nieuwe manier om na te denken over hoe de bouwstenen van het leven gevormd zijn’, zegt chemicus Richard Zare van de Stanford-universiteit in Californië.
Oorsprong van leven
Er zit een gat in onze kennis over hoe leven kon ontstaan. We weten namelijk niet hoe simpele gassen konden reageren op een manier die leidde tot de vorming van organische moleculen met koolstof-stikstofbindingen. Onder deze moleculen vallen ook eiwitten en enzymen, waar het leven afhankelijk van is.
Kan dna-onderzoek naar dierentuindieren de wilde Aziatische olifant redden?
Wat zegt het bloed van Aziatische olifanten in dierentuinen over hun wilde soortgenoten, en hoe kan hun dna bijdragen aan het voortbestaan van de soor ...
‘Als je kijkt naar de gassen waarvan we dachten dat ze aanwezig waren op de vroege aarde, is te zien dat ze geen koolstof-stikstofbindingen bevatten’, zegt Zare. ‘Dit zijn gassen zoals methaan, waterdamp, ammoniak en stikstof.’
In 1952 lieten scheikundigen Stanley Miller en Harold Urey met experimenten zien dat water en vergelijkbare gassen in de benodigde organische moleculen kunnen veranderen door elektriciteit. Zij gingen ervan uit dat deze elektrische energie van bliksem afkomstig moet zijn geweest.
Maar de kans is klein dat de bliksem van alle plekken op aarde precies inslaat op een plaats met een hoge concentratie gassen waaruit organische moleculen kunnen ontstaan. Daarom zijn veel mensen nooit overtuigd geweest dat bliksem de aanjager is van het ontstaan van het leven op aarde zo’n 4 miljard jaar geleden.
Microbliksem
Om erachter te komen of organische moleculen ook kunnen ontstaan door een andere elektriciteitsbron dan bliksem, spoten Zare en zijn collega’s druppels water in een mengsel van methaan, koolstofdioxide, ammoniak en stikstofgas. In hun experiment ontstonden organische moleculen met koolstof-stikstofbindingen, zonder dat daar een externe elektriciteitsbron voor nodig was.
Dit komt mogelijk doordat de druppeltjes in de waternevel kleine elektrische ladingen produceren, zegt Zare. ‘De kleinere druppels zijn negatief geladen en de grotere druppels zijn positief geladen’, zegt hij. De negatieve lading komt door het zogenaamde Lenard-effect, waarbij waterdruppels, bijvoorbeeld in een waterval, met elkaar botsen en uit elkaar vallen. Daarbij wekken ze een elektrische lading op.
Het onderzoeksteam ontdekte met hogesnelheidscamera’s dat er kleine flitsen kunnen overspringen tussen druppeltjes met tegenovergestelde lading als ze dicht genoeg bij elkaar komen. Zare noemt dit microbliksem.
Dit lijkt op de opbouw en ontlading van bliksem in wolken. ‘Wanneer de waterdruppels binnen nanometers afstand van elkaar komen, ontstaat een elektrisch veld dat de afbraak van moleculen veroorzaakt’, zegt hij.
Organische moleculen
De microbliksemflitsen droegen genoeg energie met zich mee – ongeveer 12 elektronvolt – om gasmoleculen een elektron te laten verliezen en met elkaar te laten reageren. Hierbij ontstonden organische moleculen met koolstof-stikstofbindingen, waaronder waterstofcyanide, het aminozuur glycine en een van de bouwstenen van RNA, uracil.
‘Het is voor mij een verrassing dat microbliksem chemische reacties die met stikstof beginnen op gang kan brengen. De gerapporteerde waarnemingen zijn echter overtuigend’, zegt Veronica Vaida, scheikundige aan de Universiteit van Colorado in de VS. ‘Het onderzoek geeft water een nieuwe rol in de oorsprong van het leven.’
Energie voor leven
Het onderzoek impliceert dat kleine vonken in brekende golven of watervallen genoeg zijn geweest om de chemische stoffen te produceren die nodig zijn om leven op deze planeet te laten ontstaan, zegt Zare. Waternevel is overal en komt vaak op rotsen terecht, waardoor organische stoffen zich in hun spleten konden ophopen, zegt hij. Deze plekken droogden daarna op en werden opnieuw vochtig. Zulke nat-droogcycli staan erom bekend dat ze korte moleculen laten samenvoegen, oftewel polymeriseren, tot langere.
‘Het onderzoek suggereert dat microbliksem overvloedig aanwezig moet zijn geweest in de waterrijke omgevingen op de vroege aarde en mogelijk chemische reacties heeft aangedreven voordat er leven was. Dit speelde mogelijk vooral een rol op plekken waar andere energiebronnen, zoals bliksem of uv-straling, schaars waren’, zegt Kumar Vanka, scheikundige bij het Nationale Chemische Laboratorium in Pune in India.
Vaida denkt dat het onderzoek ook gevolgen heeft voor de zoektocht naar buitenaards leven, waarvoor we zoeken naar water op andere planeten of manen. We moeten misschien zoeken naar plaatsen waar kleine waterdruppeltjes de mogelijkheid hebben om te botsen, zegt ze.
