Hoe nagemaakt ruimtepuin ons iets vertelt over het ontstaan van het leven op aarde

In een laboratorium in Sydney nam een masterstudente een mengsel van gassen en zette er een hoogspanningspuls op. Dat leverde microscopische stofdeeltjes op die vrijwel identiek zijn aan het materiaal dat je terugvindt in kometen en meteorieten. En daaruit kunnen onderzoekers veel leren over hoe het leven op aarde ooit is ontstaan.

De methode van Linda Losurdo, de studente in kwestie, werkt als volgt. Door een mengsel van stikstof, koolstofdioxide en acetyleen bloot te stellen aan intense elektrische ontladingen, ontstaat er koolstofrijk materiaal dat sterk lijkt op wat je terugvindt in meteorieten en op asteroïden. “Het is alsof we een klein stukje van het heelal in een fles hebben nagemaakt in ons lab”, zo zegt Losurdo in een persbericht.

De complexe mix van koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof die in het mengsel zijn gebruikt, worden samen ook wel ‘CHON-moleculen’ genoemd. Deze elementen vormen de ruggengraat van vrijwel alle organische stoffen die essentieel zijn voor het leven.

Twee vingerafdrukken van de ruimte

Het meest boeiende aan het onderzoek is niet alleen dat je dit stof überhaupt kunt maken, maar wat je eruit kunt leren. Analyses met infraroodlicht, waarmee onderzoekers kunnen zien welke chemische bindingen aanwezig zijn, tonen aan dat het mogelijk is om af te lezen wat het materiaal in het verleden heeft meegemaakt.

Losurdo en haar team konden door middel van statistische analyse twee duidelijke ‘vingerafdrukken’ onderscheiden. De ene verraadt hoe intens het stof is gebombardeerd door energierijke deeltjes (dit kan je vergelijken met de zonnewind of sterrenwind in de ruimte). De andere laat zien aan welke temperaturen het materiaal langdurig werd blootgesteld.

Dit onderscheid is belangrijk, want beide processen laten andere sporen achter in de moleculaire structuur van het stof. Bombardement door snelle deeltjes veroorzaakt kortstondige, lokale hittepiekjes die de chemie op een heel specifieke manier veranderen. Langzame opwarming heeft een ander effect.

Lezen in ruimtepuin

De praktische toepassing? Je kunt nu beter begrijpen wat een meteoriet of een stukje asteroïde heeft meegemaakt tijdens zijn reis door het heelal. “We hoeven niet langer te wachten tot een asteroïde of komeet naar de aarde komt om hun geschiedenis te begrijpen”, aldus Losurdo. “Je kunt analoge omgevingen bouwen in het laboratorium en hun structuur terugrekenen met behulp van de infrarood-vingerafdrukken.”

David McKenzie, medeauteur van het onderzoek, zegt dat dit soort experimenten onderzoekers in staat stelt omstandigheden te bestuderen die anders onmogelijk direct te onderzoeken zijn. “Door kosmisch stof in het lab te maken, kunnen we de intensiteit van deeltjesinslagen en de temperaturen onderzoeken die een rol spelen wanneer stof zich vormt in de ruimte. Dat is belangrijk als je de omgevingen wilt begrijpen in kosmische stofwolken, waar chemie plaatsvindt die relevant kan zijn voor het ontstaan van leven.”

Bouwstenen van het leven

Het oorspronkelijke kosmische stof ontstaat op plekken die we moeilijk kunnen bezoeken: in de buitenste lagen van oude, stervende sterren die hun materie de ruimte in blazen of in de chaotische omgeving van sterren die net geboren worden. Daar klonteren atomen samen tot steeds grotere structuren, bewerkt door straling en botsingen met snelle deeltjes.

“Wat we proberen te begrijpen zijn de specifieke chemische routes en omstandigheden die alle CHON-elementen incorporeren in de complexe organische structuren die we zien in kosmisch stof en meteorieten”, zegt Losurdo.

Uiteindelijk is een deel van dat materiaal op de jonge aarde terechtgekomen, mogelijk met de bouwstenen van het leven aan boord. Het laboratoriumwerk helpt om de puzzel stukje bij beetje in elkaar te leggen. “De chemische signatuur van een meteoriet bevat een verslag van zijn reis”, besluit McKenzie “en experimenten zoals deze helpen ons leren hoe we dat verslag kunnen lezen.”

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Piepklein en loodzwaar: een korreltje sterrenstof weegt meer dan een groep olifanten en De aarde bestaat gedeeltelijk uit sterrenstof van rode reuzensterren. Of lees dit artikel: James Webb legt de complexe structuur van de Helixnevel vast.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: