24 september 2021

Prebiotische moleculen in protosterren Serpens SMM1-a en IRAS 16293B ontdekt

Een team astronomen van de Amerikaanse Cornell universiteit heeft met behulp van de ALMA-telescoop in Chili enkele essentiële ingrediënten voor leven gevonden bij twee protosterren. Het betreft de prebiotische moleculen ‘methylisocyanaat en ‘glycolonitril’ aangetroffen bij de sterren-in-spé Serpens SMM1-a en IRAS 16293B. De vondst van deze moleculen in een jong, zich vormend systeem betekent dat als die systemen ooit planeten gaan ontwikkelen, en die planeten de juiste omstandigheden voor leven bezitten, er tenminste twee van de essentiële ingrediënten voor de bouwstenen van het leven aanwezig zijn. 

IRAS 16293-2422, proto-stersysteem, met suikermoleculen (glycoaldehyde) Credits; ALMA/ESO / L. Calcada, NASA / JPL Inmiddels zijn er enkele honderden complexe organische moleculen gedetecteerd in interstellaire moleculaire wolken als resultaat van een nauwe samenwerking tussen radioastronomen en microgolfspectroscopisten. Het is bekend dat organische moleculen voorkomen in stervormingsgebieden en in protoplanetaire schijven waar planeten worden gevormd.

Prebiotische moleculen, peptidestructuen
Er zijn meerdere definities van ‘leven’ maar
algemeen kan leven worden gedefinieerd als een zichzelf in stand houdend chemisch systeem dat in staat is tot Darwins evolutie. Op aarde gebruiken levende organismen DNA om te evolueren, waarbij informatie, opgeslagen in de vier DNA-bouwstenen (nucleotiden) eerst wordt overgebracht naar RNA en vervolgens naar eiwitten. DNA en RNA, complexe macromoleculen, zijn ‘universeel’ aanwezig bij alle bekende levensvormen op aarde. Een van de vele onderscheidende factoren die leven en niet-leven scheiden, is het vermogen van het leven om een verscheidenheid aan moleculaire hulpmiddelen te gebruiken om energie op te slaan, te transporteren en vrij te geven. De cellen in het menselijk lichaam zijn een ware chemische micro-cosmos, met DNA en RNA, proteïnen, lipiden enz. Maar al die complexe moleculen rusten op precursoren, de ‘prebiotische’ moleculen, kortweg prebiotica.

Tot op heden weet men niet precies hoe complex leven op aarde is ontstaan (of elders in het universum zou kunnen ontstaan), maar het lijkt duidelijk dat voor de overgang van niet-levend naar definitief-levend, er eerst enkele stadia van complexiteit m.b.t. deze ‘voorlopermoleculen’ moet worden doorlopen. Methylisocyanaat (CH3NCO) en glycolonitril (HOCH2CN) zijn bijvoorbeeld isomeren van elkaar – ze hebben dezelfde fundamentele elementen, maar die elementen zijn anders gerangschikt in de ruimte. Beiden zijn, ieder op zich, gevaarlijk voor de mens. Methylisocyanaat is bijtend, en glycolonitril valt snel uiteen in formaldehyde en waterstofcyanide. Hoewel voor ons ongezond, spelen ze een sleutelrol in de stappen om leven te bereiken. Ze zijn betrokken bij het vormen van peptidestructuren (waarbij de peptiden uiteindelijk aan elkaar ketenen om eiwitten te vormen) en adenine, een van de vier basen in de genetische code van het DNA.

Het wetenschappelijk paper, met als eerste auteur Niels Rigterink, verscheen recent in preprint arXiv, en is geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics.* De astronomen vonden de moleculen in Serpens SMM1-a en IRAS 16293B, sterren-in-wording, die al vormend instorten door wolken van gas en stof, en nog niet de dichtheid en temperatuur hebben om kernfusie op gang te brengen. Maar met de toename hiervan eindigt dit proto-stadium als het kernfusieproces op gang komt en de ster niet langer materie uit haar omgeving ‘opslokt’. Het observeren van protosterren is essentieel om te begrijpen hoe het leven evolueert in het universum, omdat het uit deze ‘proto-soep’ is dat planeten uiteindelijk tevoorschijn komen, en voor een groot deel worden ze ‘geboren’ met wat ze meekrijgen van het vroege protosterrenstelsel. IRAS 16293-2422 is een binair systeem A en B, op een afstand van 400 lichtjaar. Voor astronomen is het een goed doelwit om moleculen en chemie rond jonge sterren zeer gedetailleerd te bestuderen. Reeds in 2012 vonden astronomen m.b.v. ALMA suikermoleculen in het gas rond deze protoster.

De protosterren zijn niet veel meer dan plukken moleculair stof en gas. Ze zijn niet enorm heet en helder, en het is lastig de moleculen te observeren en te identificeren. Maar m.b.v. de krachtige Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) bestudeerde het team zorgvuldig het licht van de protosterren. Men vond in dat licht subtiele hints van allerlei elementen en moleculen, die allemaal hun eigen specifieke vingerafdruk van golflengten afgeven. Door de vingerafdrukken te matchen met de bekende emissies van verschillende elementen, kon men de prebiotische moleculen vinden.

Onderzoek aan interstellaire gaswolken leverde geen methylisocyanaat en glycolonitril op. Dit betekent dat de protoster-systemen deze moleculen op de een of andere manier zelf moesten ‘brouwen’. Het team meent dat SMM1-a een periode van relatieve rust heeft gekend. in het recente verleden, toen ijskoud stof de aanstaande ster kon omringen zonder te smelten – maar ook zonder op te sluiten. Hierdoor konden chemische reacties plaatsvinden, doordat verschillende elementen in moleculaire combinaties met elkaar ruilden. Men weet nog niet of de processen die leidden tot de vorming van deze prebiotica rond de protosterren algemeen voorkomen in de Melkweg of uniek zijn voor die systemen. Bronnen: Space.com / LiveScience / ESO / ArXiv

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.