Supernova Remnant N 63A. Bildekreditt: Hubble Trykk for større bilde
Livet på jorden ble muliggjort av stjerners død. Atomer som karbon og oksygen ble utvist i de siste døende gispene av stjerner etter at deres endelige forsyninger med hydrogenbrensel var brukt opp.
Hvordan dette stjernematerialet kom sammen for å danne liv er fortsatt et mysterium, men forskere vet at visse atomkombinasjoner var nødvendige. Vann - to hydrogenatomer knyttet til ett oksygenatom - var avgjørende for utviklingen av livet på jorden, og derfor søker nå NASA-oppdrag etter vann på andre verdener i håp om å finne liv et annet sted. Organiske molekyler som hovedsakelig er bygget av karbonatomer, antas også å være viktige, siden alt liv på jorden er karbonbasert.
De mest populære teoriene om livets opprinnelse sier at den nødvendige kjemien skjedde ved hydrotermiske ventilasjonsåpninger på havbunnen eller i noe solbelyst grunt basseng. Imidlertid har funn de siste årene vist at mange av livets grunnleggende materialer dannes i de kalde verdensdypene, der livet slik vi kjenner det ikke er mulig.
Etter at stjerner har dødd ut karbon, kombinerer noen av karbonatomene seg med hydrogen for å danne polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH). PAH-er - en slags karbon sot som ligner de svidde delene av brent toast - er de mest organiske forbindelsene i verdensrommet, og en hovedbestanddel av karbonholdige kondrittmeteoritter. Selv om PAH ikke finnes i levende celler, kan de omdannes til kinoner, molekyler som er involvert i cellulære energiprosesser. For eksempel spiller kinoner en vesentlig rolle i fotosyntesen, og hjelper planter med å gjøre lys om til kjemisk energi.
Transformasjonen av PAH skjer i interstellare skyer av is og støv. Etter å ha flytet gjennom verdensrommet, kondenserer PAH-sot til slutt i disse "tette molekylære skyene." Materialet i disse skyene blokkerer noe, men ikke all den harde strålingen i rommet. Strålingen som filtrerer gjennom modifiserer PAH-er og annet materiale i skyene.
Infrarød- og radioteleskopobservasjoner av skyene har oppdaget PAH, så vel som fettsyrer, enkle sukkerarter, svake mengder av aminosyren glycin og over 100 andre molekyler, inkludert vann, karbonmonoksid, ammoniakk, formaldehyd og hydrogensyanid.
Skyene har aldri blitt tatt direkte ut - de er for langt borte - så for å bekrefte hva som skjer kjemisk i skyene, satte et forskerteam ledet av Max Bernstein og Scott Sandford ved Astrochemistry Laboratory ved NASAs Ames Research Center eksperimenter for å etterligne skyforholdene.
I ett eksperiment blir en PAH / vann-blanding dampdeponert på salt og bombardert deretter med ultrafiolett (UV) stråling. Dette gjør det mulig for forskerne å observere hvordan det grunnleggende PAH-skjelettet blir til kinon. Å bestråle en frossen blanding av vann, ammoniakk, hydrogensyanid og metanol (et forløper som er kjemisk for formaldehyd) genererer aminosyrene glysin, alanin og serin - de tre mest tallrike aminosyrene i levende systemer.
Forskere har laget primitive organiske celle-lignende strukturer, eller vesikler.
Fordi UV ikke er den eneste typen stråling i verdensrommet, har forskerne også brukt en Van de Graaff-generator for å bombardere PAH-ene med mega-elektron volt (MeV) protoner, som har lignende energier som kosmiske stråler. MeV-resultatene for PAH-ene var like, selv om de ikke var identiske med UV-bombardementet. En MeV-studie for aminosyrene er ennå ikke utført.
Disse eksperimentene antyder at UV og andre former for stråling gir energien som trengs for å bryte fra hverandre kjemiske bindinger i de lave temperaturer og trykk i de tette skyene. Fordi atomene fremdeles er låst i is, flyr ikke molekylene fra hverandre, men rekombineres i stedet til mer komplekse strukturer.
I et annet eksperiment ledet av Jason Dworkin ble en frossen blanding av vann, metanol, ammoniakk og karbonmonoksid utsatt for UV-stråling. Denne kombinasjonen ga organisk materiale som dannet bobler når de ble nedsenket i vann. Disse boblene minner om cellemembraner som omslutter og konsentrerer livets kjemi, og skiller den fra omverdenen.
Boblene produsert i dette eksperimentet var mellom 10 og 40 mikrometer, eller omtrent på størrelse med røde blodlegemer. Det er bemerkelsesverdig at boblene fluorescerte eller glødet når de ble utsatt for UV-lys. Å absorbere UV og konvertere det til synlig lys på denne måten kan gi energi til en primitiv celle. Hvis slike bobler spilte en rolle i livets opprinnelse, kunne fluorescensen ha vært en forløper for fotosyntesen.
Fluorescens kan også fungere som solkrem og spre skade som ellers ville bli påført av UV-stråling. En slik beskyttende funksjon ville ha vært livsviktig for livet på den tidlige jorden, siden ozonlaget, som blokkerer solens mest ødeleggende UV-stråler, ikke ble dannet før etter fotosyntetisk liv begynte å produsere oksygen.
Fra romskyer til livets frø
Tette molekylære skyer i rommet kollapser etter hvert gravitasjonsmessig for å danne nye stjerner. Noe av de resterende støvet klumper seg senere sammen for å danne asteroider og kometer, og noen av disse asteroidene klumper seg sammen for å danne planetariske kjerner. På planeten vår oppsto livet da uansett hvilke basismaterialer som var til stede.
De store molekylene som er nødvendige for å bygge levende celler er:
* Proteiner
* Karbohydrater (sukker)
* Lipider (fett)
* Nukleinsyrer
Meteoritter har vist seg å inneholde aminosyrer (byggesteinene til proteiner), sukker, fettsyrer (byggesteinene til lipider) og nukleinsyrebaser. Murchison-meteoritten inneholder for eksempel kjeder av fettsyrer, forskjellige typer sukkerarter, alle fem nukleinsyrebaser og mer enn 70 forskjellige aminosyrer (livet bruker 20 aminosyrer, hvorav kun seks er i Murchison-meteoritten).
Fordi slike karbonholdige meteoritter generelt er ensartede i sammensetningen, antas de å være representative for den opprinnelige støvskyen som solen og solsystemet ble født fra. Så det ser ut til at nesten alt som trengs for livet var tilgjengelig i begynnelsen, og meteoritter og kometer leverer deretter ferske leveranser av disse materialene til planetene over tid.
Hvis dette er sant, og hvis molekylære støvskyer er kjemisk like i galaksen, bør ingrediensene for livet være utbredt.
Ulempen med den abiotiske produksjonen av ingrediensene for livet er at ingen av dem kan brukes som "biomarkører", indikatorer på at livet eksisterer i et bestemt miljø.
Max Bernstein peker på Alan Hills-meteoritten 84001 som et eksempel på biomarkører som ikke ga bevis på livet. I 1996 kunngjorde Dave McKay fra NASAs Johnson Space Center og kollegene at det var fire mulige biomarkører innenfor denne martianske meteoritten. ALH84001 hadde karbonkuler som inneholdt PAH-er, en mineralfordeling som tyder på biologisk kjemi, magnetittkrystaller som lignet de som ble produsert av bakterier og bakterieaktige former. Selv om hver og alene ikke ble antatt å være bevis for livet, virket de fire i forbindelse med overbevisende.
Etter McKay-kunngjøringen fant påfølgende studier at hver av disse såkalte biomarkørene også kunne produseres med ikke-levende midler. De fleste forskere er derfor nå tilbøyelige til å tro at meteoritten ikke inneholder fossilisert fremmede liv.
"Så snart de hadde fått resultatet, tok folk til å skyte på dem fordi det er slik det fungerer," sier Bernstein. "Sjansene våre for ikke å gjøre en feil når vi kommer frem til en biomarkør på Mars eller på Europa, vil være mye bedre hvis vi allerede har gjort tilsvarende det de gutta gjorde etter at McKay, et al., Publiserte artikkelen.
Bernstein sier at ved å simulere forhold på andre planeter, kan forskere finne ut hva som bør skje der kjemisk og geologisk. Da vi besøker en planet, kan vi se hvor tett virkeligheten samsvarer med spådommene. Hvis det er noe på planeten som vi ikke forventet å finne, kan det være en indikasjon på at livsprosesser har endret bildet.
"Det du har på Mars eller på Europa er materiale som er levert," sier Bernstein. "Pluss at du har det som har dannet seg i etterkant av hvilke forhold som er til stede. Så (for å se etter livet), må du se på molekylene som er der, og huske kjemien som kan ha skjedd over tid. "
Bernstein mener kiralitet, eller et molekyls "handsness", kan være en biomarkør på andre verdener. Biologiske molekyler kommer ofte i to former som, selv om de er kjemisk identiske, har motsatte former: en "venstrehendt" og dens speilbilde, en "høyrehendt". Et molekyls overlevelse skyldes hvordan atomene binder seg. Mens handsness er jevnt spredt i hele naturen, har levende systemer på jorden i de fleste tilfeller venstrehåndsaminosyrer og høyrehendt sukker. Hvis molekyler på andre planeter viser en annen preferanse i utlevering, sier Bernstein, kan det være en indikasjon på fremmed liv.
"Hvis du dro til Mars eller Europa og du så en skjevhet som den samme som vår, med sukker eller aminosyrer som hadde vår kiralitet, ville folk rett og slett mistenkt at det var forurensning," sier Bernstein. "Men hvis du så en aminosyre med en skjevhet mot høyre, eller hvis du så et sukker som hadde en skjevhet mot venstre - med andre ord, ikke vår form - ville det virkelig være overbevisende."
Bernstein bemerker imidlertid at de chirale formene som finnes i meteoritter gjenspeiler det som sees på jorden: Meteoritter inneholder venstrehåndsaminosyrer og høyrehendt sukker. Hvis meteoritter representerer malen for livet på jorden, kan livet andre steder i solsystemet også gjenspeile den samme skjevheten i overhånd. Dermed kan noe mer enn kiralitet være nødvendig for bevis på livet. Bernstein sier at det å finne kjeder med molekyler, "som et par aminosyrer koblet sammen", også kan være bevis for livet, "fordi vi i meteoritter har en tendens til å se enkeltmolekyler."
Opprinnelig kilde: NASA Astrobiology
