Aminozuren kunnen lang voor sterren en planeten ontstaan

Glycine
Het aminozuur glycine

Glycine en andere aminozuren ontstaan in dichte interstellaire wolken en ze doen dat lang voordat deze wolken veranderen in sterren en planeten. Dit suggereert een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van de Queen Mary universiteit in Londen en de Leidse Sterrewacht.

Het ontrafelen van het ontstaan en distributie van complexe organische moleculen in het heelal is de sleutel tot ons begrip van de initiële voorwaarden voor het ontstaan van leven op Aarde.

Glycine, het eenvoudigste aminozuur, en zijn aminevoorloper methylamine en andere organische verbindingen zijn aangetroffen in de coma van kometen zoals Wild 2 die door de Stardust-missie van de NASA is onderzocht en komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko door de Europese Rosetta-missie.

Er zijn sterke aanwijzingen dat kometen de meest primitieve planetaire objecten in ons zonnestelsel zijn en dat organische moleculen in hun ijs een interstellaire oorsprong hebben. Echter hoe en wanneer zulke complexe organische moleculen ontstaan tijdens het proces van ster- en planeetvorming is nog onderwerp van discussie.

In een nieuwe studie laten Dr. Sergio Ioppolo van de Queen Mary universiteit van Londen en collega’s zien dat het mogelijk is dat glycine zich vormt op het oppervlak van ijskoude deeltjes, in afwezigheid van energie. Zogenaamde “donkere chemie”. Donkere chemie verwijst naar chemie zonder de noodzaak van energetische straling.

De onderzoekers waren in het laboratorium in staat om de omstandigheden in donkere interstellaire wolken te simuleren. Onder deze omstandigheden worden koude stofdeeltjes bedekt door dunne ijslaagjes en vervolgens verwerkt door inslaande atomen die er voor zorgen dat precursorsoorten fragmenteren en reactieve tussenproducten recombineren.

De onderzoekers toonden voor het eerst aan dat methylamine, de voorloper van glycine, kon ontstaan.

Vervolgens konden de onderzoekers met behulp van een unieke ultrahoog vacuüm-opstelling, uitgerust met een reeks atomaire bundellijnen en nauwkeurige diagnostische hulpmiddelen, bevestigen dat glycine ook kon worden gevormd en dat de aanwezigheid van waterijs bij dit proces essentieel is.

Verder onderzoek met behulp van astrochemische modellen bevestigde de experimentele resultaten en stelde het team in staat om gegevens verkregen op een typische laboratoriumtijdschaal van slechts een dag te extrapoleren naar interstellaire omstandigheden die miljoenen jaren overbruggen.

We zien dus dat er in de ruimte in de tijd kleine maar substantiële hoeveelheden glycine kunnen ontstaan, aldus professor Herma Cuppen van de Radboud universiteit in Nijmegen.

De belangrijke conclusie van dit werk is dat moleculen die als bouwstenen voor leven worden beschouwd zich al vormen in een stadium dat ruim voor het begin van de vorming van sterren en planeten ligt, aldus Dr. Harold Linnartz van het Laboratorium voor Astrofysica van de Sterrewacht Leiden.

Zo’n vroeg ontstaan van glycine in de evolutie van stervormingsgebieden impliceert dat dit aminozuur overal in de ruimte kan ontstaan en dat het wordt bewaard in ijs voordat het wordt opgenomen in kometen en planetesimalen die het materiaal vormen waaruit uiteindelijk planeten worden gemaakt.

Eenmaal ontstaan kan glycine ook een voorloper worden van andere complexe organische moleculen. Volgens hetzelfde mechanisme kunnen in principe andere functionele groepen worden toegevoegd aan de glycinestructuur. Dit resulteert in het ontstaan van andere aminozuren zoals alanine en serine in donkere wolken in het heelal.

Uiteindelijk wordt deze verrijkte organische moleculaire inventaris opgenomen in hemellichamen als kometen en afgeleverd op jonge planeten zoals dat vermoedelijk gebeurd is met de Aarde en vele andere planeten.

De resultaten van het onderzoek verschenen deze week in het tijdschrift Nature Astronomy.

Artikel: S. Ioppolo et al. A non-energetic mechanism for glycine formation in the interstellar medium. Nat Astron, published online November 16, 2020

Eerste publicatie: 18 november 2020
Bron: Sci-News en anderen