Afbeelding tegoed: University of Arizona
Wetenschappers van de Universiteit van Arizona hebben ontdekt dat meteorieten, met name ijzermeteorieten, cruciaal kunnen zijn geweest voor de evolutie van het leven op aarde.
Hun onderzoek toont aan dat meteorieten gemakkelijk meer fosfor hadden kunnen leveren dan van nature op aarde voorkomt - genoeg fosfor om biomoleculen te veroorzaken die uiteindelijk in levende, replicerende organismen samenkwamen.
Fosfor staat centraal in het leven. Het vormt de ruggengraat van DNA en RNA omdat het de genetische bases van deze moleculen verbindt in lange ketens. Het is van vitaal belang voor de stofwisseling omdat het verband houdt met de fundamentele brandstof van het leven, adenosinetrifosfaat (ATP), de energie die groei en beweging aandrijft. En fosfor is onderdeel van levende architectuur? het zit in de fosfolipiden die de celwanden vormen en in de botten van gewervelde dieren.
"Qua massa is fosfor het vijfde belangrijkste biologische element, na koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof", zegt Matthew A. Pasek, een promovendus bij de afdeling planetaire wetenschappen van de UA en het maan- en planetair laboratorium.
Maar waar het aardse leven zijn fosfor kreeg, was een mysterie, voegde hij eraan toe.
Fosfor is veel zeldzamer van aard dan waterstof, zuurstof, koolstof en stikstof.
Pasek citeert recente studies die aantonen dat er ongeveer één fosforatoom is voor elke 2,8 miljoen waterstofatomen in de kosmos, elke 49 miljoen waterstofatomen in de oceanen en elke 203 waterstofatomen in bacteriën. Evenzo is er één fosforatoom voor elke 1400 zuurstofatomen in de kosmos, elke 25 miljoen zuurstofatomen in de oceanen en 72 zuurstofatomen in bacteriën. De cijfers voor respectievelijk koolstofatomen en stikstofatomen per enkel fosforatoom zijn 680 en 230 in de kosmos, 974 en 633 in de oceanen en 116 en 15 in bacteriën.
"Omdat fosfor in het milieu veel zeldzamer is dan in het leven, geeft inzicht in het gedrag van fosfor op de vroege aarde aanwijzingen voor de levensoriëntatie", zei Pasek.
De meest voorkomende terrestrische vorm van het element is een mineraal dat apatiet wordt genoemd. In combinatie met water geeft apatiet slechts zeer kleine hoeveelheden fosfaat af. Wetenschappers hebben geprobeerd apatiet te verwarmen tot hoge temperaturen, gecombineerd met verschillende vreemde, super-energetische verbindingen, en zelfs geëxperimenteerd met op aarde onbekende fosforverbindingen. Dit onderzoek heeft niet uitgelegd waar de fosfor van het leven vandaan komt, merkte Pasek op.
Pasek begon te werken met Dante Lauretta, UA-assistent-professor planetaire wetenschappen, op het idee dat meteorieten de bron zijn van de levende fosfor van de aarde. Het werk is geïnspireerd op Lauretta's eerdere experimenten waaruit bleek dat fosfor zich concentreerde op metalen oppervlakken die corrodeerden in het vroege zonnestelsel.
"Dit natuurlijke mechanisme van fosforconcentratie in aanwezigheid van een bekende organische katalysator (zoals op ijzer gebaseerd metaal) deed me denken dat waterige corrosie van meteoritische mineralen zou kunnen leiden tot de vorming van belangrijke fosforhoudende biomoleculen", zei Lauretta.
'Meteorieten hebben verschillende mineralen die fosfor bevatten', zei Pasek. "De belangrijkste, waarmee we het meest recentelijk hebben samengewerkt, is ijzer-nikkelfosfide, bekend als schreibersiet."
Schreibersite is een metalen verbinding die uiterst zeldzaam is op aarde. Maar het is alomtegenwoordig in meteorieten, vooral ijzermeteorieten, die zijn gepeperd met schreibersietkorrels of zijn gespleten met rozekleurige schreibersietaders.
Afgelopen april mengden Pasek, UA-student Virginia Smith en Lauretta schriebersite met vers, gedeïoniseerd water op kamertemperatuur. Vervolgens analyseerden ze het vloeibare mengsel met behulp van NMR, nucleaire magnetische resonantie.
'We zagen een hele hoop verschillende fosforverbindingen worden gevormd', zei Pasek. "Een van de meest interessante die we hebben gevonden, was P2-O7 (twee fosforatomen met zeven zuurstofatomen), een van de meer biochemisch nuttige vormen van fosfaat, vergelijkbaar met wat er in ATP wordt aangetroffen."
Eerdere experimenten hebben P2-07 gevormd, maar bij hoge temperatuur of onder andere extreme omstandigheden, niet door simpelweg een mineraal op te lossen in water op kamertemperatuur, zei Pasek.
"Dit stelt ons in staat om enigszins te beperken waar de oorsprong van het leven kan zijn ontstaan", zei hij. 'Als je een fosfaathoudend leven wilt leiden, moet het waarschijnlijk zijn gebeurd in de buurt van een zoetwatergebied waar onlangs een meteoriet was gevallen. We kunnen misschien zo ver gaan om te zeggen dat het een ijzeren meteoriet was. IJzermeteorieten hebben ongeveer 10 tot 100 keer zoveel schreibersiet als andere meteorieten.
“Ik denk dat meteorieten cruciaal waren voor de evolutie van het leven vanwege enkele van de mineralen, met name de P2-07-verbinding, die wordt gebruikt in ATP, bij fotosynthese, bij het vormen van nieuwe fosfaatbindingen met organische stoffen (koolstofhoudende verbindingen) en in een verscheidenheid aan andere biochemische processen, 'zei Pasek.
"Ik denk dat een van de meest opwindende aspecten van deze ontdekking het feit is dat ijzermeteorieten worden gevormd door het proces van planetaire differentiatie", zei Lauretta. Dat wil zeggen, de bouwstenen van planeten, planestesmals genoemd, vormen zowel een metalen kern als een silicaatmantel. IJzermeteorieten vertegenwoordigen de metalen kern en andere soorten meteorieten, achondrieten genoemd, vertegenwoordigen de mantel.
'Niemand heeft ooit beseft dat zo'n kritieke fase in de evolutie van de planeet kan worden gekoppeld aan de oorsprong van het leven', voegde hij eraan toe. “Dit resultaat beperkt waar, in ons zonnestelsel en anderen, het leven zou kunnen ontstaan. Het vereist een asteroïdengordel waar planetesimalen tot een kritische maat kunnen groeien? ongeveer 500 kilometer in diameter? en een mechanisme om deze lichamen te verstoren en af te leveren aan het innerlijke zonnestelsel. '
Jupiter stimuleert de levering van planetesimalen aan ons innerlijke zonnestelsel, zei Lauretta, waardoor de kans dat planeten en manen in het buitenste zonnestelsel worden voorzien van reactieve vormen van fosfor die worden gebruikt door biomoleculen die essentieel zijn voor het aardse leven, wordt beperkt.
Zonnestelsels die een Jupiter-groot object missen dat mineraalrijke asteroïden naar binnen kan storen in de richting van terrestrische planeten, hebben ook slechte vooruitzichten voor het ontwikkelen van leven, voegde Lauretta eraan toe.
Pasek heeft het over het onderzoek vandaag (24 augustus) tijdens de 228e bijeenkomst van de American Chemical Society in Philadelphia. Het werk wordt gefinancierd door het NASA-programma Astrobiology: Exobiology and Evolutionary Biology.
Oorspronkelijke bron: UA News Release
