Supernova Remnant N 63A. Billedkredit: Hubble Klik for større billede
Livet på Jorden blev muliggjort af stjernernes død. Atomer som kulstof og ilt blev bortvist i de sidste få døende gips af stjerner, efter at deres endelige forsyning med brintbrændstof var opbrugt.
Hvordan disse stjernestoffer kom sammen for at danne liv er stadig et mysterium, men forskere ved, at visse atomkombinationer var nødvendige. Vand - to hydrogenatomer, der er knyttet til et iltatom, var vigtige for udviklingen af livet på Jorden, og derfor søger NASA-missioner nu efter vand på andre verdener i håb om at finde liv et andet sted. Organiske molekyler, der hovedsageligt er bygget af kulstofatomer, menes også at være vigtige, da alt liv på Jorden er kulstofbaseret.
De mest populære teorier om livets oprindelse siger, at den nødvendige kemi forekom ved hydrotermiske ventilationsåbninger på havbunden eller i en solbelyst lavvandet pool. Opdagelser i de seneste par år har imidlertid vist, at mange af livets grundlæggende materialer dannes i de kolde rumdybder, hvor livet som vi kender det ikke er muligt.
Efter at døende stjerner udstråler kulstof, kombineres nogle af carbonatomer med brint til dannelse af polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er). PAH'er - en slags kulstof sot, der ligner de brændte dele af brændt toast - er de mest rigelige organiske forbindelser i rummet, og en primær ingrediens i kulstofholdige chondritmeteoritter. Selvom PAH'er ikke findes i levende celler, kan de omdannes til quinoner, molekyler, der er involveret i cellulære energiprocesser. For eksempel spiller kinoner en væsentlig rolle i fotosyntesen, hvilket hjælper planter med at omdanne lys til kemisk energi.
Transformationen af PAH'er sker i interstellare skyer af is og støv. Efter at have svævet gennem rummet kondenseres PAH-sod til sidst i disse "tætte molekylære skyer." Materialet i disse skyer blokerer for nogle, men ikke alle, den hårde stråling af rummet. Strålingen, der filtrerer igennem, modificerer PAH'er og andet materiale i skyerne.
Infrarøde og radioteleskopobservationer af skyerne har påvist PAH'er såvel som fedtsyrer, enkle sukkerarter, svage mængder af aminosyreglycin og over 100 andre molekyler, herunder vand, kulilte, ammoniak, formaldehyd og brintcyanid.
Skyerne er aldrig blevet samplet direkte - de er for langt væk - så for at bekræfte, hvad der sker kemisk i skyerne, oprettede et forskerteam ledet af Max Bernstein og Scott Sandford ved Astrochemistry Laboratory ved NASAs Ames Research Center eksperimenter for at efterligne skyforholdene.
I et forsøg deponeres en PAH / vand-blanding på salt og bombarderes derefter med ultraviolet (UV) stråling. Dette giver forskerne mulighed for at observere, hvordan det grundlæggende PAH-skelet skifter til kinon. Bestråling af en frosset blanding af vand, ammoniak, brintcyanid og methanol (et forstadie kemisk for formaldehyd) genererer aminosyrerne glycin, alanin og serin - de tre mest rigelige aminosyrer i levende systemer.
Forskere har skabt primitive organiske cellelignende strukturer eller vesikler.
Da UV ikke er den eneste type stråling i rummet, har forskerne også brugt en Van de Graaff-generator til at bombardere PAH'erne med mega-elektron volt (MeV) protoner, som har lignende energier som kosmiske stråler. MeV-resultaterne for PAH'erne var ens, men ikke identiske med UV-bombardementet. En MeV-undersøgelse af aminosyrerne er endnu ikke blevet udført.
Disse eksperimenter antyder, at UV og andre former for stråling tilvejebringer den energi, der er nødvendig for at nedbryde kemiske bindinger i de lave temperaturer og tryk fra de tætte skyer. Da atomerne stadig er låst i is, flyver molekylerne ikke fra hinanden, men rekombineres i stedet til mere komplekse strukturer.
I et andet eksperiment ledet af Jason Dworkin blev en frossen blanding af vand, methanol, ammoniak og kulilte udsat for UV-stråling. Denne kombination gav organisk materiale, der dannede bobler, nedsænket i vand. Disse bobler minder om cellemembraner, der omslutter og koncentrerer livets kemi og adskiller det fra omverdenen.
Boblerne produceret i dette eksperiment var mellem 10 og 40 mikrometer eller ca. størrelsen på røde blodlegemer. Bemærkelsesværdigt fluorescerede eller glødede boblerne, når de blev udsat for UV-lys. At absorbere UV og omdanne det til synligt lys på denne måde kan give energi til en primitiv celle. Hvis sådanne bobler spillede en rolle i livets oprindelse, kunne fluorescensen have været en forløber for fotosyntesen.
Fluorescens kan også fungere som solcreme og sprede enhver skade, der ellers ville blive påført af UV-stråling. En sådan beskyttelsesfunktion ville have været afgørende for livet på den tidlige jord, da ozonlaget, der blokerer for solens mest destruktive UV-stråler, først blev dannet, efter at fotosyntetisk liv begyndte at producere ilt.
Fra rumskyer til livets frø
Tette molekylære skyer i rummet kollapserer til sidst gravitationsmæssigt for at danne nye stjerner. Nogle af de resterende støv klumper sig senere sammen og danner asteroider og kometer, og nogle af disse asteroider klumper sig sammen for at danne planetariske kerner. På vores planet opstod liv derefter fra uanset basismaterialer, der var til rådighed.
De store molekyler, der er nødvendige for at opbygge levende celler, er:
* Proteiner
* Kulhydrater (sukkerarter)
* Lipider (fedt)
* Nukleinsyrer
Meteoritter har vist sig at indeholde aminosyrer (byggestenene til proteiner), sukkerarter, fedtsyrer (byggestenene for lipider) og nukleinsyrebaser. Murchison-meteoritten indeholder for eksempel kæder af fedtsyrer, forskellige typer sukkerarter, alle fem nukleinsyrebaser og mere end 70 forskellige aminosyrer (livet bruger 20 aminosyrer, hvoraf kun seks findes i Murchison-meteoritten).
Da sådanne kulstofholdige meteoritter generelt er ensartede i sammensætningen, menes de at være repræsentative for den oprindelige støvsky, hvorfra solen og solsystemet blev født. Så det ser ud til, at næsten alt, hvad der kræves for livet, var tilgængeligt i starten, og meteoritter og kometer leverer derefter friske leverancer af disse materialer til planeterne over tid.
Hvis dette er sandt, og hvis molekylære støvskyer er kemisk ens i hele galaksen, bør ingredienserne for livet være udbredt.
Ulempen med den abiotiske produktion af ingredienserne i livet er, at ingen af dem kan bruges som ”biomarkører”, indikatorer for, at der findes liv i et bestemt miljø.
Max Bernstein peger på Alan Hills meteorit 84001 som et eksempel på biomarkører, der ikke leverede bevis på liv. I 1996 meddelte Dave McKay fra NASAs Johnson Space Center og hans kolleger, at der var fire mulige biomarkører inden for denne martianske meteorit. ALH84001 havde kulstofkugler indeholdende PAH'er, en mineralfordeling, der antyder biologisk kemi, magnetitkrystaller, der lignede dem, der blev produceret af bakterier, og bakterieagtige former. Mens hver enkelt ikke blev antaget at være bevis for livet, syntes de fire i forbindelse med overbevisende.
Efter McKay-meddelelsen fandt efterfølgende undersøgelser, at hver af disse såkaldte biomarkører også kunne produceres med ikke-levende midler. De fleste forskere er derfor nu tilbøjelige til at tro, at meteoritten ikke indeholder fossiliseret fremmed liv.
”Så snart de havde resultatet, gik folk til at skyde mod dem, fordi det er sådan, det fungerer,” siger Bernstein. ”Vores chancer for ikke at lave en fejl, når vi møder en biomarkør på Mars eller på Europa, vil være meget bedre, hvis vi allerede har gjort det ækvivalent, som disse fyre gjorde, efter at McKay, et al., Offentliggjorde deres artikel.”
Bernstein siger, at forskere ved at simulere forhold på andre planeter kan finde ud af, hvad der skal ske der kemisk og geologisk. Når vi derefter besøger en planet, kan vi se, hvor tæt virkeligheden matcher forudsigelserne. Hvis der er noget på planeten, som vi ikke forventede at finde, kan det være en indikation af, at livsprocesser har ændret billedet.
”Hvad du har på Mars eller på Europa er materiale, der er blevet leveret,” siger Bernstein. ”Plus, du har alt, hvad der senere er dannet ud fra de forhold, der er til stede. Så (for at se efter livet) skal du se på molekylerne, der er der, og huske den kemi, der kan være sket over tid. ”
Bernstein mener, at chiralitet, eller et molekyls "handsness", kan være en biomarkør på andre verdener. Biologiske molekyler findes ofte i to former, som, selv om de er kemisk identiske, har modsatte former: en "venstrehåndet" og dens spejlbillede, en "højrehåndet". Et molekyls overgivelse skyldes, hvordan atomerne binder sig. Mens rethed er jævnt spredt i naturen, har levende systemer på Jorden i de fleste tilfælde venstrehåndede aminosyrer og højrehåndede sukkerarter. Hvis molekyler på andre planeter viser en anden præference i overdragelse, siger Bernstein, kan det være en indikation på fremmede liv.
”Hvis du rejste til Mars eller Europa, og du så en bias, der var den samme som vores, med sukkerarter eller aminosyrer, der havde vores chiralitet, ville folk simpelthen mistænke det var forurening,” siger Bernstein. "Men hvis du så en aminosyre med en bias mod højre, eller hvis du så et sukker, der havde en bias mod venstre - med andre ord ikke vores form - ville det virkelig være overbevisende."
Bernstein bemærker imidlertid, at de chirale former, der findes i meteoritter, afspejler, hvad der ses på Jorden: meteoritter indeholder venstrehåndede aminosyrer og højrehåndede sukkerarter. Hvis meteoritter repræsenterer skabelonen for livet på Jorden, kan livet andre steder i solsystemet også afspejle den samme skævhed i overdragelse. Således kan noget mere end chiralitet være nødvendigt for bevis på livet. Bernstein siger, at det at finde kæder med molekyler, "som et par aminosyrer, der er knyttet sammen," også kunne være bevis for livet, "fordi vi i meteoritter har en tendens til bare at se enkeltmolekyler."
Original kilde: NASA Astrobiology
