Koude geboorte van levensbouwstenen

Grote ijsballen als kometen kunnen bouwstenen voor primitief leven naar de aarde gebracht hebben, stelt een Leidse astronoom. Zijn experimenten met nagebootst interstellair oerijs laten zien dat er aminozuren kunnen groeien tussen de sterren.

door Martine Segers, gepubliceerd in Mare, 11 april 2002

Stroperige gele druppeltjes, gemaakt in het Sackler Laboratorium voor Astrofysica van de Leidse Sterrenwacht haalden afgelopen twee weken de wereldpers, van Der Spiegel en de BBC tot de Washington Post.

Het gele spul komt uit een klein superkoud kamertje waar een hoog vacuŁm heerst. In dit kamertje bootsen astronomen de ijle, ijzige ruimte tussen sterren na. Ze bestralen een ijsmengsel van waterdamp, koolmonoxide, ammonia, methanol en koolzuur met hard ultraviolet licht dat lijkt op licht wat hete sterren in de Melkweg uitstralen. Het opzienbarende: uit simpele moleculen die in de ruimte voorkomen vormen zich spontaan aminozuren, een van de bouwstenen van het leven op aarde.

Promovendus Guillermo Munoz Caro laat een dik pak papier zien met uitdraaien van publicaties op internet over zijn artikel in het prestigieuze wetenschapsblad Nature. 'Vorig jaar stond mijn kamergenoot ook in Nature, maar die kreeg niet zoveel aandacht', vertelt de Spanjaard. 'De oorsprong van het leven boeit mensen. Ze willen weten waar ze vandaan komen.'

Rots

Zijn aardse experimenten zetten de theorie dat er ingrediŽnten van het leven uit de ruimte komen kracht bij. Kometen, zegt Munoz Caro, zijn grote, vieze ijsbollen die na botsingen met de aarde oplossen in het op aarde aanwezige water. Zo konden de aminozuren zich flink verspreiden. Veel beter dan via een meteoriet, waar al eerder aminozuren op waren aangetroffen. Een stukje rots lost namelijk moeilijk op in water.

Duizenden kometen troffen miljarden jaren geleden de aarde, menen astronomen. 'En ik las net dat Amerikaanse onderzoekers botsingsexperimenten met aminozuren hebben gedaan om uit te zoeken of ze zulke botsingen zouden overleven', vertelt Munoz Caro, terwijl hij zoekt in de stapel uitdraaien van internetpublicaties. 'Kijk, ze schieten met een grote kogel op een plaatje met een druppel water met aminozuren. En die overleven het niet alleen, bij de botsingen worden zelfs peptides, kleine eiwitten, gevormd.'

'Op een echte komeet is nog nooit onderzoek mogelijk geweest, maar onze experimentele omstandigheden lijken veel op die op een komeet', vertelt Munoz Caro. Hij voert zijn onderzoek uit voor de European Space Organisation (ESA) die volgend jaar de satelliet Rosetta vol met meetinstrumenten de ruimte instuurt voor een rendezvous met de komeet Wirtanen. Snelle resultaten zijn daar overigens niet van te verwachten. De Rosetta heeft een achtjarige reis voor de boeg. 'Alle chemische analyses door de satelliet zijn geautomatiseerd. Ze doen simpelere analyses dan wij, dus ik weet niet of ze zo over acht jaar wel aminozuren vinden.'

Vervuiling

Het gele spul uit een nagebootste komeet bestaat slechts voor minder dan 1 procent uit aminozuren. Als je je analysemethode niet goed afstemt op wat je zoekt, vind je niets. 'Twee jaar geleden hadden we ook al eens naar aminozuren gekeken, maar zonder succes', vertelt Munoz Caro. 'Ik heb mijn vriend Uwe Meierhenrich tijden aan zijn hoofd gezeurd of hij nu nog een keer in een speciale analyse naar aminozuren wilde zoeken. We hadden namelijk inmiddels wel stoffen gevonden die op aminozuren leken.'

Maar zo'n zoektocht naar aminozuren met een hypergevoelige gas-chromatograaf en massaspectrometer kost veel tijd en voor Meierhenrich was het analyseren van de Leidse gele prut slechts een klusje erbij, naast zijn eigen onderzoekslijn. 'Uiteindelijk stelde hij me op onze laatste meetdag toch voor om er naar te kijken.' En met succes. 'We hebben zestien aminozuren gevonden, vertelde hij me na mijn vakantie op Mallorca.'

Zonder contact met de aardse lucht is het meten van de samenstelling van de gele druppels niet mogelijk. Toch is Munoz Caro ervan overtuigd dat hij geen vervuiling heeft gemeten. Belangrijkste bewijs daarvoor is dat al zijn aminozuren gemaakt zijn van de iets zwaardere koolstofatomen, C13, waar de uitgangsstoffen in de nagebootste komeet ook uit bestonden. 'Meet je in de massaspectrometer aminozuren met het normale C12 dan kun je al je data weggooien.'

Verder komen tien van de zestien gevonden aminozuren niet in levende organismen op aarde voor en die kunnen dus niet via Munoz Caro's adem in de gele prut terechtgekomen zijn. Daarnaast heeft een mens alleen zogenaamde linkshandige aminozuren en de astronomen vonden een fifty-fiftyverhouding tussen de links- en rechtshandige, de twee spiegelbeelden van elkaar.

Bovendien vonden Amerikaanse onderzoekers met een soortgelijk onderzoeksrecept ook aminozuren. Ze publiceerden daar tegelijkertijd over in Nature. De concullega's vonden er slechts drie. 'Ik denk dat er bij hen ook meer te vinden zijn en dat wij gewoon beter geanalyseerd hebben.'

Energiebron

Fel licht en een ijzige mix van simpele moleculen. Meer lijkt er dus niet nodig om aminozuren te laten ontstaan. Het kan in elk zonnestelsel gebeuren.

Alhoewel. De astronomen weten nog niet op welke temperatuur de aminozuren in de nagebootste komeet ontstaan: bij de experimentele temperatuur van 261 graden onder nul of ergens tijdens het opwarmen van het ijs naar kamertemperatuur, iets wat nodig is om de analyses mogelijk te maken.

'Dat moet nog beter worden uitgezocht', reageert chemicus prof.dr.ir. Hans Fraaije van de sectie Soft Condensed Matter. Ook vraagt hij zich af of je na een dag bestraling al een evenwichtstoestand bereikt. 'In de ruimte worden natuurlijk niet alleen stoffen opgebouwd, maar ook stoffen weer afgebroken.'

Fraaije vindt de resultaten van de astronomen 'bijzonder interessant', maar betwijfelt of er wel zoveel ton aminozuren uit de ruimte is aan te voeren is. 'Je vraagt je af of er op aarde geen efficiŽnter proces voor de vorming van aminozuren heeft bestaan.' Zolang er in de ruimte alleen nog simpele aminozuren worden gevonden, blijft een aardse oorsprong van de ingewikkeldere waarschijnlijk, denkt Fraaije. 'De interessante aminozuren zoals tryptofaan, histidine en aminozuren met zwavel erin zitten er nooit bij.' Die aminozuren zijn bijvoorbeeld nodig om eiwitten te maken die chemische reacties efficiŽnt kunnen versnellen.

Vormenrijkdom

De chemicus betwijfelt sterk of je met alleen simpele aminozuren leven kan beginnen. Misschien kan een eenvoudig systeem zelf iets ingewikkeldere aminozuren gaan maken, maar de echte ingewikkelde niet.

Toch denkt Fraaije dat er een grote vormenrijkdom is te creŽren met alleen de eenvoudige en dat deze ook al enige katalytische activiteit kunnen vertonen. 'We willen in ons lab nu uitproberen wat we kunnen maken met de eenvoudige aminozuren. We laten ze zich aaneenrijgen en dan assembleren tot een soort zakjes die zichzelf moeten gaan delen met behulp van een energiebron.' Op een primitieve aarde zou het contact tussen zouten uit minerale gesteente en de oceaan voor zo'n energiebron kunnen zorgen, omdat er bij het oplossen van de zouten energie vrijkomt.

Dat aminozuren de belangrijkste levensbouwstenen zijn, daar twijfelt Fraaije niet aan. Hij gelooft niet in de mensen die met RNA, een broertje van DNA, als de basisbouwstenen van primitief leven op de proppen komen. 'Dat molecuul is veel te labiel; valt veel te makkelijk uit elkaar. De katalytische werking is bovendien beperkt.'

Aminozuren als eenvoudige bouwstenen en een energiebron zijn alles wat je nodig hebt voor primitief leven, volgens Fraaije. Daarom is het 'hartstikke belangrijk dat er is aangetoond dat aminozuren te vinden zijn in omstandigheden waar geen leven bestaat'.


© Martine Segers