Supernova Remnant N 63A. Bildkredit: Hubble Klicka för förstoring
Livet på jorden möjliggjordes av stjärnor. Atomer som kol och syre drevs ut i de sista döende gnisterna av stjärnor efter att deras slutliga tillförsel av vätebränsle användes.
Hur dessa stjärnsaker sammanföll för att bilda liv är fortfarande ett mysterium, men forskare vet att vissa atomkombinationer var nödvändiga. Vatten - två väteatomer kopplade till en syreatom - var avgörande för utvecklingen av livet på jorden, och därför söker NASA-uppdrag nu efter vatten på andra världar i hopp om att hitta liv någon annanstans. Organiska molekyler byggda mestadels av kolatomer anses också vara viktiga, eftersom allt liv på jorden är kolbaserat.
De mest populära teorierna om livets ursprung säger att den nödvändiga kemi inträffade vid hydrotermiska ventiler på havsbotten eller i någon solbelyst grund pool. Upptäckter under de senaste åren har emellertid visat att många av livsmaterialen bildas i de kalla djupet av rymden, där livet som vi känner det inte är möjligt.
Efter att döda stjärnor har tagit bort kol, kombineras några av kolatomerna med väte för att bilda polycykliska aromatiska kolväten (PAH). PAH: er - ett slags kol sot som liknar de svidda delarna av bränd rostat bröd - är de vanligaste organiska föreningarna i rymden, och en primär ingrediens i kolhaltiga kondritmeteoriter. Även om PAH inte finns i levande celler kan de omvandlas till kinoner, molekyler som är involverade i cellulära energiprocesser. Till exempel spelar kinoner en viktig roll i fotosyntesen och hjälper växter att förvandla ljus till kemisk energi.
Omvandlingen av PAH sker i interstellära moln av is och damm. Efter att ha svävat genom rymden kondenseras så småningom sot av PAH i dessa "täta molekylära moln." Materialet i dessa moln blockerar en del men inte all hård strålning i rymden. Strålningen som filtrerar genom modifierar PAH: er och annat material i molnen.
Infraröda och radioteleskopobservationer av molnen har upptäckt PAH: er, liksom fettsyror, enkla sockerarter, svaga mängder aminosyraglycin och över 100 andra molekyler, inklusive vatten, kolmonoxid, ammoniak, formaldehyd och vätecyanid.
Molnen har aldrig provats direkt - de är för långt borta - så för att bekräfta vad som händer kemiskt i molnen, inrättade ett forskarteam som leddes av Max Bernstein och Scott Sandford vid Astrochemistry Laboratory på NASA: s Ames Research Center experiment för att härma molnförhållandena.
I ett experiment deponeras en PAH / vattenblandning på salt och bombarderas sedan med ultraviolett (UV) strålning. Detta gör det möjligt för forskarna att observera hur det grundläggande PAH-skelettet förvandlas till kinoner. Bestrålning av en fryst blandning av vatten, ammoniak, vätecyanid och metanol (en föregångskemikalie till formaldehyd) genererar aminosyrorna glycin, alanin och serin - de tre vanligaste aminosyrorna i levande system.
Forskare har skapat primitiva organiska cellliknande strukturer eller vesiklar.
Eftersom UV inte är den enda typen av strålning i rymden, har forskarna också använt en Van de Graaff-generator för att bombardera PAH: er med mega-elektron volt (MeV) -protoner, som har liknande energier som kosmiska strålar. MeV-resultaten för PAH: er var liknande men inte identiska med UV-bombardemanget. En MeV-studie för aminosyrorna har ännu inte genomförts.
Dessa experiment antyder att UV och andra former av strålning tillhandahåller den energi som behövs för att bryta isär kemiska bindningar i de låga temperaturerna och trycket på de täta molnen. Eftersom atomerna fortfarande är låsta i is flyter molekylerna inte isär, utan kombineras istället till mer komplexa strukturer.
I ett annat experiment under ledning av Jason Dworkin utsattes en fryst blandning av vatten, metanol, ammoniak och kolmonoxid för UV-strålning. Denna kombination gav organiskt material som bildade bubblor när de nedsänktes i vatten. Dessa bubblor påminner om cellmembran som omsluter och koncentrerar livets kemi och separerar den från omvärlden.
Bubblorna som producerades i detta experiment var mellan 10 och 40 mikrometer, eller ungefär storleken på röda blodkroppar. Det är anmärkningsvärt att bubblorna fluorescerade eller glödde när de utsattes för UV-ljus. Att absorbera UV och omvandla det till synligt ljus på detta sätt kan ge energi till en primitiv cell. Om sådana bubblor spelade en roll i livets ursprung, kunde fluorescensen ha varit en föregångare till fotosyntesen.
Fluorescens kan också fungera som solskyddsmedel och sprida alla skador som annars skulle orsakas av UV-strålning. En sådan skyddande funktion skulle ha varit avgörande för livet på den tidiga jorden, eftersom ozonskiktet, som blockerar solens mest destruktiva UV-strålar, inte bildades förrän efter det fotosyntetiska livet började producera syre.
Från rymdmoln till livets frön
Täta molekylära moln i rymden kollapsar så småningom gravitationellt för att bilda nya stjärnor. En del av kvarvarande damm klumpar samman senare för att bilda asteroider och kometer, och några av dessa asteroider klumpar sig samman för att bilda planetkärnor. På vår planet uppstod sedan livet från alla grundläggande material som fanns till hands.
De stora molekylerna som krävs för att bygga levande celler är:
* Proteiner
* Kolhydrater (sockerarter)
* Lipider (fetter)
* Nukleinsyror
Meteoriter har visat sig innehålla aminosyror (byggstenarna för proteiner), sockerarter, fettsyror (byggstenarna för lipider) och nukleinsyrabaser. Murchison-meteoriten, till exempel, innehåller kedjor av fettsyror, olika typer av sockerarter, alla fem nukleinsyrabaser och mer än 70 olika aminosyror (livet använder 20 aminosyror, av vilka endast sex finns i Murchison-meteoriten).
Eftersom sådana kolhaltiga meteoriter i allmänhet är enhetliga i sammansättning, anses de vara representativa för det ursprungliga dammmoln från vilket solen och solsystemet föddes. Så det verkar som om nästan allt som behövs för livet fanns tillgängligt i början, och meteoriter och kometer levererar sedan färska leveranser av dessa material till planeterna över tid.
Om detta är sant, och om molekylära dammmoln är kemiskt lika i hela galaxen, bör ingredienserna för livet vara utbredda.
Nackdelen med den abiotiska produktionen av ingredienserna för livet är att ingen av dem kan användas som ”biomarkörer”, indikatorer på att livet finns i en viss miljö.
Max Bernstein pekar på Alan Hills meteorit 84001 som ett exempel på biomarkörer som inte visade bevis på livet. 1996 tillkännagav Dave McKay från NASA: s Johnson Space Center och hans kollegor att det fanns fyra möjliga biomarkörer inom denna martianska meteorit. ALH84001 hade kolkulor innehållande PAH: er, en mineralfördelning som tyder på biologisk kemi, magnetitkristaller som liknade de som producerats av bakterier och bakterier-liknande former. Medan var och en ensam inte trodde vara bevis för livet, verkade de fyra i samband med tvingande.
Efter McKay-tillkännagivandet fann efterföljande studier att var och en av dessa så kallade biomarkörer också kunde produceras på icke-levande sätt. De flesta forskare är därför nu benägna att tro att meteoriten inte innehåller fossiliserat främmande liv.
"Så snart de hade fått resultatet, gick folk till att skjuta på dem för det är så det fungerar," säger Bernstein. "Våra chanser att inte göra några fel när vi hittar en biomarkör på Mars eller på Europa kommer att bli mycket bättre om vi redan har gjort motsvarigheten till vad dessa killar gjorde efter att McKay, et al., Publicerade sin artikel."
Bernstein säger att genom att simulera förhållanden på andra planeter kan forskare räkna ut vad som bör hända där kemiskt och geologiskt. Sedan, när vi besöker en planet, kan vi se hur nära verkligheten matchar förutsägelserna. Om det finns något på planeten som vi inte förväntade oss hitta, kan det vara en indikation på att livsprocesser har förändrat bilden.
"Det du har på Mars eller på Europa är material som har levererats", säger Bernstein. "Dessutom har du vad som har bildats efteråt från vilka villkor som finns. Så (för att leta efter livet) måste du titta på molekylerna som finns där och komma ihåg den kemi som kan ha hänt över tid. "
Bernstein tror att chiralitet, eller en molekyls "handness", kan vara en biomarkör för andra världar. Biologiska molekyler finns ofta i två former som, även om de är kemiskt identiska, har motsatta former: en "vänsterhänt" och dess spegelbild, en "högerhänt". En molekyls räckvidd beror på hur atomerna binds. Medan räckvidd är jämnt spridd i naturen, har i de flesta fall levande system på jorden vänsterhänta aminosyror och högerhänt socker. Om molekyler på andra planeter uppvisar en annan preferens i räckvidd, säger Bernstein, kan det vara en indikation på främmande liv.
"Om du åkte till Mars eller Europa och du såg en förspänning samma som vår, med sockerarter eller aminosyror som har vår kiralitet, skulle folk helt enkelt misstänka att det var kontaminering," säger Bernstein. "Men om du såg en aminosyra med en förspänning åt höger, eller om du såg ett socker som hade en förspänning mot vänster - med andra ord, inte vår form - så skulle det verkligen vara tvingande."
Bernstein noterar emellertid att de kirala formerna som finns i meteoriter återspeglar vad som ses på jorden: meteoriter innehåller vänsterhänta aminosyror och högerhänderna sockerarter. Om meteoriter representerar mallen för livet på jorden, kan livet på andra håll i solsystemet också återspegla samma förspänning i handsness. Således kan något mer än kiralitet behövas för bevis på livet. Bernstein säger att hitta kedjor av molekyler, "som ett par aminosyror kopplade ihop", också kan vara bevis för livet, "eftersom vi i meteoriter tenderar att bara se enstaka molekyler."
Originalkälla: NASA Astrobiology
