Een nieuwe mogelijkheid voor het ontstaan van leven op Aarde: de ingrediënten vielen letterlijk uit de lucht

Miljarden jaren geleden waren er geen bomen, geen oceanen vol leven. Er was zelfs geen simpele bacterie of schimmel te bekennen. Slechts rotsen, water en lucht. Maar die atmosfeer zou wel eens de aanzet van het eerste leven kunnen zijn geweest. Een chemische fabriek die onophoudelijk de ingrediënten voor leven uitspuugde.

Precies dat gebeurde miljarden jaren geleden volgens nieuw Amerikaans onderzoek. De jonge lucht op Aarde maakte mogelijk zelf aminozuren en andere essentiële biomoleculen aan in de atmosfeer en liet het zwavelverbindingen regenen. En die stortvloed zou zomaar het startschot voor al het leven op Aarde kunnen zijn geweest.

Het onderzoek van de University of Colorado Boulder geeft daarmee een nieuwe kijk op het ontstaan van leven. Tot op heden werd gedacht dat organische zwavelverbindingen pas ontstonden toen er al eenvoudig leven op onze planeet was.

De rol van zwavel

Zwavel klinkt misschien minder romantisch dan koolstofverbindingen, maar zonder zwavel werkt geen enkel levend organisme. Sommige aminozuren, zoals cysteïne, kunnen zelfs alleen maar bestaan dankzij dit element. Maar wetenschappers dachten lange tijd dat zulke zwavelhoudende biomoleculen niet kunnen ontstaan in een levenloze atmosfeer.  “Onze studie helpt ons beter te begrijpen hoe leven zich in de allereerste stadia heeft ontwikkeld”, zegt hoofdonderzoeker Nate Reed, die nu bij NASA werkt.

De kip of het ei

Het is zeker niet de eerste keer dat er onderzoek gedaan is naar de opbouw van de atmosfeer voordat er leven op Aarde was, maar er zijn nooit bruikbare hoeveelheden organische zwavelverbindingen gevonden of alleen onder onnatuurlijke lab-condities. Dus toen de James Webb-ruimtetelescoop recent dimethylsulfide detecteerde op de exoplaneet K2-18b, zagen sommigen dat als een mogelijk teken van buitenaards leven. Het molecuul komt op Aarde namelijk vooral van algen.

Maar Reed en zijn collega Ellie Browne lieten in het lab al eerder zien dat dimethylsulfide ook kan ontstaan zonder leven, puur door licht en normale atmosferische gassen op elkaar los te laten. Het was reden om uit te zoeken hoeveel van dit goedje de jonge levenloze Aarde zelf kon produceren.

Chemische lichtshow in het lab

Om de oeratmosfeer na te bootsen, mengde het team methaan, kooldioxide, stikstof en waterstofsulfide met elkaar, de hoofdbestanddelen waarvan we denken dat ze in de vroege aardse luchten aanwezig waren. Vervolgens zetten ze het mengsel onder intens licht, alsof de straling van de zon er vol op inhakt. Werken met zwavel is geen pretje, vertelt Browne:

“Zwavel plakt overal aan vast en in de atmosfeer komt het in zulke lage concentraties voor dat je extreem gevoelige apparatuur nodig hebt om iets te meten.” Toch lukte het de groep om met behulp van geavanceerde massaspectrometrie precies te registreren welke moleculen er opborrelden uit de mix. En dat waren er verrassend veel.

Uit de lucht komen vallen

In de chemische ‘oerwolk’ ontstond een compleet pakket aan zwavelhoudende biomoleculen: onder meer de aminozuren cysteïne en taurine en co-enzym M, onmisbaar voor metabolisme. Dit zijn de bouwstenen van het leven zoals we het kennen. Het team concludeerde dat de jonge Aarde waarschijnlijk genoeg cysteïne produceerde om een quadriljard cellen (een 1 met 27 nullen) te voorzien. Ter vergelijking: onze moderne Aarde herbergt naar schatting een quintiljoen cellen (een 1 met 30 nullen). “Het is minder dan wat er nu is, maar voor een wereld zonder leven was het nog steeds ontzettend veel”, zegt Reed. “Misschien wel genoeg voor een prille wereldwijde biochemische voedingsbodem.” Al die moleculen zouden vervolgens via neerslag op het aardoppervlak of in de oceanen zijn beland, een soort chemische motregen die de eerste stapjes richting de biologie een stuk makkelijker maakte.

Het leven hoefde niet helemaal bij nul te beginnen

“We dachten lang dat leven volledig vanaf nul moest worden opgebouwd, onder heel specifieke omstandigheden zoals bij vulkanen of hydrothermale bronnen”, vertelt Browne. “Maar onze resultaten laten zien dat sommige complexe moleculen waarschijnlijk al overal op Aarde aanwezig waren zonder dat er leven voor nodig was. Dat maakte het misschien net wat makkelijker voor het leven om te ontstaan.”

De jonge Aarde lijkt actiever, creatiever en gastvrijer te zijn geweest dan we dachten. En als onze atmosfeer zulke complexe moleculen kon maken, wat betekent dat dan voor de atmosfeer van andere planeten? Misschien regent het elders in het heelal op dit moment wel bouwstenen voor leven.