Ruimtemoleculen in reageerbuis nagebootst

Zo vind je in de interstellaire ruimte onder andere alcohol, blauwzuur en formaldehyde. Dergelijke moleculen kunnen de basis vormen voor polymeren, of nog complexere, aaneengeschakelde ketens van moleculen. Nederlandse onderzoekers en een internationaal team aan boord van een door ESA georganiseerde paraboolvlucht onderzoeken of in de ruimte bouwstenen voor het leven kunnen ontstaan.

Toevallig vinden beide op min of meer hetzelfde tijdstip plaats: de promotie van astrochemicus Richard Ruiterkamp op 28 oktober aan de Universiteit Leiden en ESA’s 38ste paraboolvluchtcampagne op 26, 27 en 28 oktober boven de Golf van Biskaje. Ruiterkamp verdedigt zijn proefschrift 'Aromatic Molecules in Space' met als promotor prof.dr. Pascale Ehrenfreund.

Dezelfde Pascale Ehrenfreund is de principal investigator van een Oostenrijks team dat in gewichtloosheid onderzoek verricht. Tijdens de paraboolvluchten gaat het na of zich organische moleculen kunnen vormen in stofschijven rondom sterren en in staarten van kometen. Uit stofschijven rondom sterren ontstaan na verloop van tijd planetenstelsels. De kometen die daarbij overblijven bestaan nog uit die oerstof. Zij kunnen later op de inmiddels afgekoelde planeten ploffen en die zo voorzien van ingewikkelde organische moleculen.

Eenmaal tegen het ultraviolette sterlicht beschermd door een planeetatmosfeer, zouden zich uit die organische moleculen de eerste levende cellen kunnen ontwikkelen.

Zowel Ruiterkamp als het Oostenrijkse team gebruiken laboratoriumproeven om na te bootsen of in een mengsel van nagebootst interstellair gas prebiotische moleculen kunnen ontstaan. De interstellaire ruimte, waar de processen zich in werkelijkheid voordoen, is immers onbereikbaar, want honderden tot vele duizenden lichtjaren veraf.

Koolwaterstoffen

Richard Ruiterkamp onderzocht de moleculaire bouwstenen van leven in het Raymond en Beverly Sackler Laboratorium voor Astrofysica van de Universiteit Leiden. “De astrochemie richt zich op de vorming en verspreiding van essentiële bouwstoffen van leven, zoals we dat op aarde kennen. Behalve de zoektocht naar water, neemt het onderzoek naar de vorming en verspreiding van koolwaterstoffen in het heelal een belangrijke plaats in,“ vertelt Ruiterkamp. "Mijn werk heeft een soort routekaart opgeleverd die het speuren naar een bepaalde klasse van koolwaterstoffen een stuk efficiënter maakt." Het nationaal instituut voor ruimteonderzoek SRON financierde Ruiterkamp's onderzoek.

Monnikenwerk

Waarnemingen met gevoelige telescopen doen vermoeden dat de grootste fractie van koolstofhoudende moleculen in het heelal voorkomt in de vorm van polyaromatische koolwaterstoffen (PAK's), grote moleculen met veel koolstof- en waterstofatomen er in. Hier spitste het onderzoek van Ruiterkamp zich dus ook op toe. Aanvankelijk vergeleek hij telescoopmetingen aan objecten in het heelal met metingen aan PAK's die hij in het laboratorium in vergelijkbare omstandigheden bracht als die in de ruimte heersen. "Dit gaat op zich heel goed, maar als je weet hoeveel verschillende soorten PAK's er zijn begrijp je wat een monnikenwerk het is," vertelt Ruiterkamp.

De promovendus besloot zijn laboratoriumexperimenten te combineren met het gebruik van computermodellen. "Door met behulp van computermodellen de moleculen te classificeren naar bepaalde trends, kon ik het aantal specifieke PAK's dat we in de ruimte moeten zoeken enorm reduceren."

Miller-Urey experiment

Het Oostenrijkse team aan boord van de ESA-paraboolvluchten voert soortgelijke experimenten uit, maar dan bij microzwaartekracht. Op aarde ontstaan aminozuren als nagebootste bliksemontladingen als vonken door een nagebootste oeratmosfeer ontstaan (het beroemde experiment van Miller en Urey). Daarbij is echter hydrolyse nodig in een waterige oplossing. In gewichtloosheid is er geen sprake van een homogene hoeveelheid water. De onderzoekers denken daarom dat in gewichtloosheid heel andere reacties kunnen optreden en ook andere reactieproducten gaan ontstaan.

Het experiment aan boord van de paraboolvluchten zal nog niet direct uitsluitsel geven over de vraag hoe het leven is ontstaan. In een laboratoriumproef van enkele minuten kan natuurlijk nooit precies worden nagebootst waar de natuur vele miljoenen tot miljarden jaren over heeft gedaan. Maar aan de hand van dit soort proeven krijgen we stukje bij beetje een idee hoe het kán zijn gegaan.

Sterren en planeten worden gevormd uit kosmische gaswolken die zich samentrekken onder invloed van de zwaartekracht. Als door die samentrekking de druk en temperatuur voldoende oplopen, gaat er vanzelf een kernreactie lopen en ontbrandt de ster. Een gedeelte van het materiaal dat rond die ster beweegt kan samenklonteren tot een planeet. Moleculen die aan de basis staan van eventueel leven op zo'n planeet zijn dus mogelijk al aanwezig in de gaswolk waaruit het hele planeetstelsel is ontstaan en kunnen via het stof in de staarten van kometen neerdwarrelen op planeten. Sommige van die planeten hebben een beschermende atmosfeer en zijn ook warm genoeg om zeeën van vloeibaar water te herbergen. Het is dan een kwestie van chemie en biologie of daar vervolgens een zichzelf vermenigvuldigend molecuul - een levensvorm - ontstaat.