Mogelijk nieuwe verklaring voor begin van het leven op Aarde: microbliksem in waterdruppels
Hoe is het leven op Aarde ontstaan? Het is de vraag der vragen en eentje waar wetenschappers zich nog steeds het hoofd over breken. Nieuwste bevinding: het leven is waarschijnlijk niet begonnen na een grote blikseminslag in de oceaan, maar door talloze kleine elektrische ontladingen tussen waterdruppels in watervallen en golven.
Wetenschappers van Stanford University presenteren hun nieuwe theorie na experimenten met elektrische lading in een nevel van fijne waterdruppeltjes. Het is ze gelukt om organische moleculen te laten ontstaan uit een mengsel van gassen, vergelijkbaar met de vroege atmosfeer op Aarde. Het gaat hier om koolstof-stikstofbindingen waaronder uracil, een van de vier bouwstenen van RNA.
De studie geeft een nieuwe draai aan de bekende Miller-Urey-hypothese, die stelt dat een blikseminslag in een oerzee de eerste organische verbindingen creëerde. Dat idee is gebaseerd op een experiment uit 1952 waarin elektriciteit door een mengsel van water en gassen werd geleid. Het resultaat hiervan was de vorming van organische stoffen.
Elektrische nevel
Het Stanford-team kwam er echter achter dat fijne waterdruppels zelf elektrische lading kunnen opbouwen en ontladen zonder dat er een externe bron van elektriciteit aan te pas komt. “Micro-elektrische ontladingen tussen tegengesteld geladen waterdruppels zijn in staat om dezelfde organische moleculen te creëren als in het Miller-Urey-experiment”, zegt hoofdonderzoeker Richard Zare. “Wij zijn een nieuw mechanisme voor de vorming van de bouwstenen van leven op het spoor gekomen.”
Miniatuurbliksem
Er dreven hoogstwaarschijnlijk allerlei chemische stoffen in de vroege oceanen, maar nauwelijks organische verbindingen. Zonder dit soort koolstof-stikstofbindingen is het niet mogelijk om eiwitten, enzymen, nucleïnezuren en andere levensvormende moleculen op te bouwen. De ontstaansgeschiedenis van deze stoffen is dan ook een groot mysterie. Het Miller-Urey-experiment leverde een mogelijke verklaring: bliksem die insloeg in oceanen en reageerde met vroege aardgassen zoals methaan, ammoniak en waterstof. Maar critici twijfelen aan deze lezing, omdat bliksem vrij weinig voorkomt en oceanen te groot en uitgestrekt zijn om dit scenario serieus te nemen.
Zare en zijn collega’s gingen daarom op zoek naar een alternatieve verklaring. Ze ontdekten dat de elektrische lading van waterdruppels bij nevelvorming of opspattend water verandert. Grote druppels zijn vaak positief geladen, terwijl kleinere negatief geladen zijn. Wanneer ze elkaar naderen, ontstaat een elektrische ontlading – een miniatuurversie van bliksem. Met hogesnelheidscamera’s legden de onderzoekers vast hoe deze kleine ontladingen plaatsvinden. De flitsen zijn te zwak om met het blote oog te zien, maar bevatten genoeg energie om chemische reacties uit te lokken.
Opspattend water
Om te testen of er onder invloed van deze microladingen ook écht organische moleculen kunnen ontstaan, mengden de onderzoekers waternevel met stikstof, methaan, koolstofdioxide en ammoniak – gassen die vermoedelijk aanwezig waren op de jonge Aarde. Bij kamertemperatuur resulteerde dit in de vorming van moleculen met koolstof-stikstofbindingen, zoals waterstofcyanide, het aminozuur glycine en RNA-bouwsteen uracil. De kans is dan ook groot dat niet de grote blikseminslagen, maar de kleine ontladingen in nevel en opspattend water de eerste levensvormen op gang brachten. “Op de jonge Aarde waren overal opspattende waterdruppels – in spleten, tegen rotsen, bij watervallen en in brekende golven”, vertelt Zare. “Talloze mogelijkheden om deze chemische reacties te veroorzaken.”
Zijn team onderzoekt ook wat voor invloed elektrisch geladen nevels kunnen hebben op andere reacties. Zo bestuderen ze hoe waterdamp ammoniak kan vormen, een belangrijk ingrediënt voor kunstmest en hoe kleine waterdruppels spontaan waterstofperoxide produceren. “Water lijkt zo onschuldig, maar in de vorm van kleine druppels is het juist heel reactief”, besluit Zare.
Meer wetenschap? Lees de nieuwste artikelen op Scientias.nl .
Mogelijk nieuwe verklaring voor begin van het leven op Aarde: microbliksem in waterdruppels
Geen opmerkingen:
Een reactie posten