ontstaan leven

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

‘Buitenaards leven ontdekt in meteoriet’

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

Een oxometalaat bestaande uit vanadium en zuurstof. In het centrum een chlooratoom.

Leven uit roestig metaal

In een uniek experiment gaan wetenschappers proberen om leven te scheppen uit niet-levende materie. Zonder verder ook maar iets te doen. Wel bestaat dit proto-leven niet uit koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof, maar uit metaaloxiden. Roest dus.

Leven was al snel op aarde actief
Het blijft een van de grootste raadsels in de wetenschap. We weten dat het leven meer dan drieëneenhalf miljard  jaar geleden voor het eerst opdook op aarde, vlak nadat het helse hadeïcum – het tijdperk dat de aarde geregeld in een lavapoel werd veranderd door asteroïden en planetesimalen – af was gelopen.Wat de oorzaak van het ontstaan van het leven ook was, het moet dus snel zijn ontstaan (of zoals de panspermisten geloven, op aarde zijn neergeregend vanuit de ruimte).

RNA-wereld
We weten uit de opbouw van ribosomen, onderdelen van cellen die RNA vertalen in eiwitten en zelf ook bestaan uit RNA – ook dat het leven op een gegeven moment door een RNA-fase moet zijn gegaan.

RNA vormt soms net als DNA een dubbele spiraal, maar komt meestal als enkele spiraal voor.
RNA vormt soms net als DNA een dubbele spiraal, maar komt meestal als enkele spiraal voor.

RNA is minder bekend dan DNA: ook RNA kan erfelijke informatie dragen maar RNA is chemisch minder stabiel dan DNA.

Uniek aan RNA is dat het molecuul erfelijke informatie draagt, ook in staat is om zichzelf te kopiëren en tegelijk als enzym (werkmolecuul) kan werken – RNA-enzymen, ribozymen, bestaan nog steeds. Kortom: RNA zou wel eens het vooroudermolecuul voor het eerste leven kunnen zijn geweest.

Er zijn verschillende argumenten om te geloven dat er misschien voor de RNA-wereld nog een ander levend systeem was. Om te beginnen: ribonucleotiden, de bouwstenen van RNA, zijn erg zeldzaam in bijvoorbeeld chondrieten: koolstofmeteorieten die wel wel rijk zijn aan aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Er ontbreekt dus een mechanisme dat de ribonucleotiden concentreert of selectief creëert.

Nog een vervelend probleem: veel moleculen komen in een linksdraaiende en een rechtsdraaiende variant voor. Linksdraaiende en rechtsdraaiende ribonucleïnezuren vormen onderling geen voor leven interessante verbindingen. Ook is RNA zelf nogal instabiel (een RNA-molecuul gaat enkele dagen mee) en RNA-bouwstenen gaan niet snel uit zichzelf aan elkaar kleven.

Begon leven als roest?
Geen wonder dat onderzoekers druk op zoek zijn naar alternatieve verklaringen waarin aminozuren een grotere rol spelen. In een gedurfd experiment gaan onderzoekers hetzelfde proberen wat in vervlogen eeuwen diverse vitalisten probeerden: uit dode materie replicerende structuren creëren (zichzelf kunnen kopiëren is het belangrijkste kenmerk van leven).

Een oxometalaat bestaande uit vanadium en zuurstof. In het centrum een chlooratoom.
Een oxometalaat bestaande uit vanadium en zuurstof. In het centrum een chlooratoom.

De onverwachte uitgangsmaterialen: metaaloxiden. Experimenteel chemicus Leroy Cronin en zijn team ontdekten namelijk dat polyoxometalaten, complexe oxides (verbindingen met zuurstof) van metalen als molybdeen, vanadium en wolfraam, in staat zijn om uit het niets dingen te vormen die lijken op levende structuren: wielvormige structuren, buizen, holtes, holtes in holtes  en dergelijke.

In de chemische industrie zijn metaaloxides gewilde katalysatoren (stoffen die helpen bij het vormen van andere stoffen, maar zelf onveranderd blijven).

Cronin veronderstelt nu dat metaaloxides een vergelijkbare rol hebben gespeeld bij het vormen van het eerste leven. Het verhaal begint bij een vorm van ‘metaaloxide-leven’ dat bestaat uit ingewikkelde clusters die metaalionen en zuurstof opslokken om zichzelf te kopiëren.

Door de ingewikkelde configuratie van elektronen op het oppervlak van een metaaloxide, kan een soort sjabloon ontstaan waarop aminozuren zich hechten en zo als het ware worden gekatalyseerd om zich te ontwikkelen tot eiwitten. Mogelijk kan een soortgelijk effect zijn opgetreden voor de vorming van het eerste RNA, dat zich concentreerde op een metaaloxide-oppervlak of in een metaaloxide-cel.

In vijfduizend uur proto-leven creëren
In een nieuw, vijfduizend uur durend experiment testen Cronin en zijn team nu uit of evolutionaire druk op deze metaaloxideclusters leidt tot selectie. In het experiment worden flessen met polyoxometalaat-oplossingen plus ‘voedingsstoffen’ continu geroerd en in beetjes op toevallige wijze aan elkaar toegevoegd. Als Cronins theorie klopt, zullen zich in sommige flessen metaaloxideclusters vormen die in staat zijn zichzelf te kopiëren en de fles als het ware over te nemen. Als enkele van deze clusters terecht komen in andere flessen, zullen ze deze ook “besmetten” en muteren tot nog effectievere zichzelf vermenigvuldigende clusters. Er zijn ondertussen chemische methodes ontdekt om uit te vinden of het hier dan inderdaad gaat om een niet puur thermodynamisch proces, m.a.w. een protovorm van leven.

Op aarde zou molybdeen-gebaseerd leven weinig kans maken (een korte periode wellicht uitgezonderd tot koolstof-gebaseerd leven het overnam), maar elders in het heelal ligt dit misschien heel anders. Misschien liggen er op dit moment wel metaaloxide-wezens te bakken in de warme gloed van een verre ster…

bron: New Scientist