meteorieten

ALH84001, ooit het centrum van een mediahype rond leven op Mars, blijkt toch nog de nodige verrassingen op te leveren.

Rechtstreeks bewijs: Mars was ooit warm en nat

4 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 13 oktober 2011

In een meteoriet van Mars zijn carbonaten aangetroffen, die zich normaal gesproken alleen in ‘aardse’ omstandigheden vormen. Onderzoekers zijn er nu in geslaagd aan te tonen dat het carbonaat in de meteoriet gevormd is bij een temperatuur van 18 graden. In ieder geval op één plaats op Mars was het dus warm en vochtig genoeg voor leven.

ALH84001, ooit het centrum van een mediahype rond leven op Mars, blijkt toch nog de nodige verrassingen op te leveren.
ALH84001, ooit het centrum van een mediahype rond leven op Mars, blijkt toch nog de nodige verrassingen op te leveren.

Deze keer geen vals alarm
De meteoriet ALH84001, met een ouderdom van vier miljard jaar, was afkomstig van het oppervlak van Mars. De onderzoekers stelden met een combinatie van twee technieken – isotopenanalyse en deze interpreteren met de bekende eigenschappen van carbonaten – vast dat de carbonaten gevormd zijn bij een temperatuur van 18 plus om min vier graden. Achttien graden is in veel opzichten een ideale temperatuur voor leven om zich te ontwikkelen. Ook weten we nu dat dit in een vochtige omgeving gebeurde.

Uit overblijfselen van rivieren en mineraalafzettingen op Mars was al bekend dat de planeet een vochtiger verleden kende. Mars heeft nu een gemiddelde van -63 graden Celsius, niet echt bevorderlijk voor de ontwikkeling van leven – of voor het voorkomen van vloeibaar water om de erosievormen te creëren. Hard bewijs voor vloeibaar water ontbrak echter: tot nu.
Natuurlijk is dit slechts één waarneming, maar in ieder geval op één plaats op Mars waren de omstandigheden (zuurstof uitgezonderd)  comfortabel genoeg voor de meeste aardse levensvormen om het uit te houden.

Voor hun analyse gebruikten de onderzoekers een van de oudste objecten op aarde: ALH84001, een Marsmeteoriet, in 1984 ontdekt in de Allen Hills van Antarctica. Hier komen veel meteorieten aan de oppervlakte omdat de gletsjer waar ze in waren opgeslagen, langzaam verdampt, waarbij de meteorieten die in de loop van miljoenen jaren in het gebied zijn ingeslagen, tevoorschijn komen.  Vermoedelijk komt het gesteente van de meteoriet van tientallen meters onder het oppervlak van Mars en werd de hemelruimte ingeslingerd toen een ruimterots insloeg op Mars en een groot aantal fragmenten, waaronder ALH84001, wegslingerde.

ALH84001 haalde al eerder het nieuws toen andere onderzoekers veronderstelden dat er sporen van leven in voorkwamen. Dit bleek loos alarm: de carbonaatrijke bolletjes waren, volgens nader onderzoek, geen bacterieresten. Al verschillen daar de meningen over.

Clumped-isotope thermometry al eerder gebruikt om temperatuur dino’s te meten
De temperatuurmeting werd uitgevoerd met clumped-isotope thermometrie. Hoe lager de temperatuur, hoe groter de kans dat bijvoorbeeld (zoals in dit geval) twee zeldzame zware isotopen, zuurstof-18 en koolstof-13, bij elkaar gaan clusteren. Bij hoge temperaturen zijn de bewegingssnelheden van moleculen, dus de menging veel groter, waardoor de isotopen minder geconcentreerd voorkomen. Bij lagere temperaturen is dit massaverschil veel belangrijker. Zo is te berekenen hoe hoog de temperatuur was. Deze methode is al eerder met succes gebruikt om vast te stellen hoe hoog de lichaamstemperatuur van dino’s was en de klimaatgeschiedenis van de aarde is bepaald.

De gemeten temperatuur van achttien plus of min vier graden sluit de meeste verklaringen uit. Die vereisen zeer lage temperaturen of juist temperaturen van vele honderden graden. Het is uiteraard de vraag of deze omstandigheden heel veel voorkwamen op Mars en ook gedurende een lange periode, maar toch toont het aan dat ooit op Mars veel mildere en vochtiger omstandigheden dan nu heersten.

Bronnen:
Wet and Mild: Researchers Take the Temperature of Mars’ Past, ScienceDaily (2011)
I. Halevy, W. W. Fischer, J. M. Eiler. Carbonates in the Martian meteorite Allan Hills 84001 formed at 18 ± 4  C in a near-surface aqueous environment. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011

Een stukje koolstofmeteoriet. Naar blijkt, hebben alle koolstofmeteorieten een gemeenschappelijke oorsprong (of vormingsproces).

‘Bouwstenen eerste leven afkomstig van asteroïden’

8 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 11 juni 2011

Koolstofrijke micrometeorieten en meteorietfragmenten tonen de nodige overeenkomsten, maar ook enkele verschillen. Voor die verschillen is er nu eindelijk een goede verklaring. De aanwijzingen dat het eerste leven is ontstaan in asteroïden, of na de inslag van organische asteroïden, worden steeds sterker…

Waarom zijn koolstofmeteorieten zo verschillend?
Meteorieten hebben een sterk verschillende samenstelling. Er zijn meteorieten die voornamelijk uit steen bestaan, uit metaal, uit een mengsel van diverse materialen of uit koolstofrijke, ‘organische’ materialen. Die laatste groep is heel interessant. Ze bevatten namelijk aminozuren en andere bouwstenen, die noodzakelijk zijn voor het ontstaan van leven. Veel onderzoekers denken dat organische meteorieten het resultaat zijn van het samenkoeken van kleine stofdeeltjes in de grote gaswolk waaruit zich het zonnestelsel vormde. Deze theorie verklaart alleen niet, waarom er zo grote verschillen zijn tussen de diverse koolstofmeteorieten. Deze zouden identiek moeten zijn als ze alle op dezelfde wijze uit stofjes waren ontstaan.

Een stukje koolstofmeteoriet. Naar blijkt, hebben alle koolstofmeteorieten een gemeenschappelijke oorsprong (of vormingsproces).
Een stukje koolstofmeteoriet. Naar blijkt, hebben alle koolstofmeteorieten een gemeenschappelijke oorsprong (of vormingsproces).

Uiteengespatte koolstofrijke protoplaneet
Veel astronomen denken daarom dat de koolstofmeteorieten het restant zijn van een botsing van een koolstofrijke asteroïde met een ander projectiel, dat de fragiele protoplaneet in vele scherven uiteen deed spatten. Net als op aarde bestaan hemellichamen van een bepaalde minimale grootte uit verschillende lagen. Ze vertonen ook geologische activiteit, denk aan de vulkanen op Mars of Io en de spectaculaire gasgeisers op kometen. Wat als een koolstofrijke protoplaneet, mogelijk rijk aan primitief eencellig leven, in koolstofmeteorieten uiteen is gespat? (Dit is overigens wat een verguisde NASA-wetenschapper denkt). Vervolgens kunnen deze koolstofrijke fragmenten op aarde zijn neergekomen en zo een omgeving hebben geboden waarin zich leven zou kunnen ontwikkelen. Als dat al niet eerder in de asteroïde of protoplaneet zelf gebeurde.

Bewijs: verschillen in meteorieten verklaarbaar door hydrothermische processen
Als alle koolstofmeteorieten inderdaad een gemeenschappelijke oorsprong hebben, moeten alle eventuele verschillen verklaard kunnen worden uit processen die op dat hemellichaam plaatsvinden voor het uit elkaar spatte.En dit is precies wat een team onderzoekers, geleid door Christopher Herd van de University of Alberta, Canada, inclusief Carnegie University’s Conel Alexander, Larry Nittler, Frank Gyngard, George Cody, Marilyn Fogel en Yoko Kebukawa — vier meteorietfragmenten uit een stenenregen, ontstaan uit het in stukken breken van een meteoroïde. De stenenregen kwam neer op het toen bevroren Tagish Lake in Noord-Canada in januari 2000. Sindsdien zijn de meteorietfragmenten altijd bevroren geweest.

De fragmenten bleken sterk te verschillen in de mate van hydrothermische beïnvloeding. Aanleiding de monmsters grondig te onderzoeken. Opmerkelijk genoeg bleek het materiaal zo variabel dat de eigenschappen overeenkwamen met die van alle bekende koolstofchondrieten. Ook blijken de eigenschappen te correleren met tekenen van hydrothermische beïnvloeding. Met andere woorden: deze ontdekking verklaart de verschillen tussen koolstofmeteorieten en toont tegelijkertijd aan dat ze van hetzelfde uitgangsmateriaal afkomstig zijn. Een spectaculaire ontdekking.

De meteorieten bevatten een hoge concentratie organische zuren (monocarboxylzuren), die essentieel zijn voor biochemie. De reden: doordat ze zo vers waren en onder nul bleven, waren deze zuren nauwelijks verdampt, veronderstellen de onderzoekers. De variatie in soorten MCA’s hield direct verband met de processen waaraan de oudermeteorieten waren blootgesteld.

Het team trof ook aminozuren aan – de bouwstenen voor eiwitten. Verdeling en hoeveelheid aminozuren zijn consistent met een buitenaardse oorsprong. Ook de aminozuurgehaltes waren beïnvloed door de meteorieten.

Bronnen
Meteorite Holds Clues to Organic Chemistry of Early Earth, ScienceDaily
Origin and Evolution of Prebiotic Organic Matter As Inferred from the Tagish Lake Meteorite. Science, 2011

RNA is waarschijnlijk de voorganger van DNA-gebaseerd leven, want RNA kan zowel werken als informatie dragen (waar DNA-gebaseerd leven twee stoffen, DNA en eiwitten, voor nodig heeft). Helaas is RNA erg fragiel.

“Asteroïde was kraamkamer voor leven”

1 reactie / Wereld, Wetenschap / Door / 5 mei 2011

Overblijfselen van de Murchison meteoriet blijken als ze gemengd worden met formamide, een molecuul dat veel in de ruimte voorkomt, bouwstenen voor leven, zoals aminozuren, RNA- en DNA-nucleïnezuren op te leveren. En, heel belangrijk, deze niet te vernietigen, zoals in andere omgevingen snel gebeurt. Eindelijk de missing link voor de RNA-wereld gevonden?

Murchison-meteoriet extreem rijk aan organische stoffen
De meteoriet in kwestie kwam op aarde neer op 28 september 1969, aan de rand van het dorp Murchison in Victoria, Australië. De ongeveer honderd kilo zware meteoriet rook naar benzine volgens ooggetuigen.

Geen wonder. Tests hebben uitgewezen dat de meteoriet extreem rijk was aan alkanen (die ook veel in benzine voorkomen) en andere organische stoffen, onder meer aminozuren (bouwstenen van eiwitten) en nucleïnezuren, de bouwstenen van RNA en DNA. Deze ontdekking toonde aan dat de ruimte niet de steriele plek was waar het tot dan toe altijd voor was gehouden en een uitgebreide organische chemie kende. De chemicaliën waaruit het leven is ontstaan, kunnen dus heel goed afkomstig zijn van de ruimte.

Bracht dit molecuul (formamide) leven voort? Het bevat in ieder geval zowel zuurstof(rood), stikstof (blauw), waterstof (wit) als koolstof (zwart). De aminogroep (NH2, rechts) is een essentieel onderdeel van aminozuren.
Bracht dit veelzijdige molecuul (formamide) leven voort? Het bevat in ieder geval zowel zuurstof(rood), stikstof (blauw), waterstof (wit) als koolstof (zwart). De aminogroep (NH2, rechts) is een essentieel onderdeel van aminozuren.

Het experiment
Uiteraard is het antwoord op de vraag hoe deze moleculen zich hebben gevormd van groot belang. Raffaele Saladino van de Universiteit van Tuscia in Viterbo, Italië, en zijn collega’s vroegen zich af of ze misschien diep in de asteroïden (of kometen) zijn ontstaan waarvan de meteorieten zijn afgebroken. Het team wist dat een eenvoudige chemische stof, formamide, veel voorkwam in de ruimte en kan worden omgezet in tal van biomoleculen. Deze stof gebruikten ze dus als uitgangspunt.

Zij verkregen 1 gram van de Murchison meteoriet, maalde het tot poeder en verwijderden alle organische moleculen, waardoor er slechts het mineraal overbleef. Zij vermengden dit met formamide en verhitten het tot 140 ° C gedurende 48 uur. De reactie produceerde nucleïnezuren, de bouwstenen van DNA en RNA en ook het aminozuur glycine, carbonzuren en een voorloper van suiker (2). Bewijs dat de asteroïde waar de meteoriet van afkomstig was, een natuurlijke chemische fabriek was, stelt Saladino.

Tegelijkertijd erfelijk materiaal en stofwisseling

Van de geproduceerde verbindingen zijn sommige genetisch (onderdeel van dragers van erfelijke informatie: de nucleïnezuren) als metabolisch (betrokken bij het uitvoeren van de stofwisseling: de aminozuren en carbolzuren). Beide zijn belangrijke onderdelen van primitief leven, stelt  Monica Grady van de Open Universiteit in Milton Keynes, Verenigd Koninkrijk, die niet betrokken was bij de studie. “Als je beide reacties kan katalyseren op dezelfde plaats, van hetzelfde uitgangsmateriaal, dat is dat duidelijk een voordeel.”

De mogelijkheid om een ​​aantal essentiële moleculen te produceren onderscheidt de meteoriet van aardse mineralen, zegt Mark Sephton van het Imperial College in Londen. Op aarde wordt elk biomolecuul gekatalyseerd door een ander mineraal, wat betekent dat ze uiteindelijk op gescheiden plaatsen voorkomen, wat het minder waarschijnlijk maakt dat ze leven vormen.

RNA is waarschijnlijk de voorganger van DNA-gebaseerd leven, want RNA kan zowel werken als informatie dragen (waar DNA-gebaseerd leven twee stoffen, DNA en eiwitten, voor nodig heeft). Helaas is RNA erg fragiel.
RNA is waarschijnlijk de voorganger van DNA-gebaseerd leven, want RNA kan zowel werken als informatie dragen (waar DNA-gebaseerd leven twee stoffen, DNA en eiwitten, voor nodig heeft). Helaas is RNA erg fragiel.

Meteorietmateriaal beschermt RNA
Een derde uiterst belangrijke ontdekking is dat het asteroïdenmineraal RNA kan stabiliseren. RNA reageert met water en RNA-ketens breken gemakkelijk. De meeste processen versnellen dit proces, maar het Murchison mineraal niet. “Als RNA zou  worden gesynthetiseerd [binnenin de asteroïde], zou deze omgeving het stabiliseren,” zegt Saladino.

Begon het leven in asteroïden?
De stap is dan ook niet meer erg groot om te veronderstellen dat zich in grote asteroïden die rijk zijn aan organische stoffen, daadwerkelijk leven gevormd kan hebben, dat bij een inslag op aarde  en mogelijk andere planeten terecht is gekomen. Dit is inderdaad de theorie van de verguisde NASA-exobioloog Richard Hoover.

Bronnen:
1. Asteroids make life’s raw materials (New Scientist)
2. R. Saladino et al.,Catalytic effects of Murchison Material: Prebiotic Synthesis and Degradation of RNA Precursors (Origins of Life and Evolution of Biospheres, 2011)

Eén van de door Hoover aangetroffen bacterieachtige structuren in de meteoriet.

‘Buitenaards leven ontdekt in meteoriet’

15 reacties / Wereld, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 6 maart 2011

NASA-astrobioloog Richard Hoover stelt volgens het Journal of Cosmology dat hij fossielen van blauw-groene algen heeft aangetroffen in enkele koolstofmeteorieten die ouder zijn dan het zonnestelsel.
Worden zijn bevindingen bevestigd door onafhankelijk onderzoek, dan zijn de implicaties wereldschokkend te noemen. De aardse biosfeer is niet alleen: het hele universum bruist van het leven.

Fossiele bacteriën
Hoover deed zijn onderzoek aan CI1, een klasse van koolstofrijke meteorieten. Deze zijn extreem zeldzaam. Op aarde zijn in totaal slechts negen gevonden op een totaal van 35.000 meteorieten. Geen wonder: dit type meteoriet is extreem fragiel en valt in water snel uiteen. Hij bestudeerde fragmenten die uit deze meteorieten waren geprepareerd met twee typen scanning-elektronenmicroscopen: field emission (FESEM) en environmental (ESEM).
Met uiterst opmerkelijke uitkomsten. Hoover trof in de meteoriet structuren aan die als twee druppels water leken op de filamenten van aardse cyanobacteriën, ook bekend als blauw-groene algen. Cyanobacteriën behoren tot de alleroudste levensvormen en bestonden op aarde al meer dan drie miljard jaar geleden. Niet alleen de filamenten kwamen verbluffend veel overeen met hun aardse equivalenten, ook de microstructuren binnen de filamenten komen overeen met structuren die cyanobacteriën gebruiken voor dingen als voortplanting (baeocyten, akineten en hormogonia), stikstofbinding (basale, intercalaire of apicale heterocysten), hechting en voortbeweging (fimbriae).

Eén van de door Hoover aangetroffen bacterieachtige structuren in de meteoriet.
Eén van de door Hoover aangetroffen bacterieachtige structuren in de meteoriet.

Al langer is bekend dat deze klasse meteorieten uiterst rijk is aan complexe organische verbindingen, waarvan meerdere een afbraakproduct zijn van bekende biologisch actieve moleculen als chlorofyl. Ook zijn al in 1834 door de Franse chemicus Berzelius sporen van klei en andere in water gevormde mineralen aangetroffen in een van deze meteorieten, die van Orgueil. Ook uiterst opmerkelijk is dat de verdeling van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, in CI1 meteorieten heel anders is dan in koolwaterstofrijke koolstofmeteorieten zoals die in het Australische Murchison. Kortom: hun oorsprong is heel anders.

‘Aarde ingezaaid door kometen’
Uit de chemische analyse leidt Hoover af dat de CI1 meteorieten afkomstig zijn uit kometen. Hun verhouding tussen waterstof en deuterium (zwaar waterstof) is namelijk exact die van de zon. Ook de combinatie van water en koolstof is bekend van kometen. Recent is bevestigd dat het water in de oceanen van de aarde van kometen afkomstig is. Zo onlogisch is het dus niet om te veronderstellen dat als kometen inderdaad bacterieel leven bevatten – en het vergt heel wat fantasie om Hoovers resultaten te weerleggen – de aarde ingezaaid is door kometen. Panspermie door kometen is reeds voorspeld door de verguisde astrofysici Fred Hoyle en Chandra Wickramasinghe.  Hiermee is een ander al lang bestaand raadsel opgelost: het opmerkelijk snelle ontstaan van het leven op aarde terwijl we weten dat zelfs voor een eenvoudige bacterie heel wat complexiteit nodig is, al blijft de vraag onbeantwoord hoe het leven zich in kometen heeft kunnen ontwikkelen. Mogelijk moeten we dan aan kosmische stofwolken denken, waaruit zich uiteindelijk kometen hebben  gevormd.

Alternatieve verklaringen
Besmetting door aardse bacteriën is volgens Hoover uitgesloten, omdat hij bij het onderzoek bestaande barsten in de meteorieten heeft vermeden en uiterste zorg is betracht om hygiënisch te werken. Ook is het stikstofgehalte in zijn monsters extreem laag, vergelijkbaar met dat in gefossiliseerde resten van honderden miljoenen jaren oud. Het is uitgesloten dat in de zeer korte tijd dat de meteorieten op aarde zijn, aardse bacteriën gefossiliseerd raakten: zelfs fossiele resten van tienduizenden jaren oud bevatten nog veel stikstof. Als dergelijke gedetailleerde resten in een aardse rots waren aangetroffen, waren ze geïnterpreteerd als bacteriële fossielen.

Natuurlijk kunnen de meteorieten ook van iets anders afkomstig zijn dan een komeet. De meest voor de hand liggende verklaring is uiteraard de aarde zelf, gezien de gelijkenis met aardse bacteriesoorten. In het verleden is de aarde meerdere keren getroffen door zware asteroïden, die zeker in staat geacht kunnen worden grote hoeveelheden aards biologisch materiaal te lanceren. Mogelijk is een brok aarde na een lange reis weer teruggekeerd in de dampkring. Hier zijn de isotoopafwijkingen echter te groot voor. De waterstof/deuterium verhouding komt meer in de buurt van die van kometen.

Wetenschappelijke controverse gegarandeerd
Zowel het Journal of Cosmology als Hoover zelf wisten wat hen te wachten zou staan als ze deze uiterst controversiële uitkomsten naar buiten zouden brengen. Hoover zelf heeft gewacht met het naar buiten brengen van zijn onderzoeksresultaten tot hij na vele jaren gedegen werk het wetenschappelijke equivalent van een slam dunk had met een werkelijk overweldigende lawine aan feiten. De redacteuren van het Journal of Cosmology hebben om dezelfde reden het onderzoek voorgelegd aan honderd wetenschappers en vijfduizend andere wetenschappers om een reactie gevraagd.

Bronnen
Journal of Cosmology