Op zoek naar de oorsprong van het leven met 8,9 miljoen euro
Met 8,9 miljoen euro van de Deense National Research Foundation gaan de Universiteit van Aarhus en de Leidse Sterrenwacht in 2020 het Center for Interstellar Catalysis (InterCat) oprichten. Het centrum staat onder leiding van Aarhus-professor Liv Hornekær. In Leiden wordt het onderzoek verricht door hoogleraren Harold Linnartz en Ewine van Dishoeck. Doel van InterCat is te weten te komen hoe en wanneer de bouwstenen van het leven in het heelal ontstaan zijn.
Zou daar ergens leven zijn? Het is een vraag die velen van ons hebben als we s ‘nachts naar de hemel kijken. Maar er zijn ook mensen die denken: ontstaan daar suikers en vetten vóór of nadat sterren en planeten zijn gevormd? Dit klinkt een beetje als Heel Holland Bakt in de Ruimte, maar het betreft een diepe en fundamentele wetenschappelijke vraag over de oorsprong van het leven. Koolhydraten, vetten en eiwitten zijn de bouwstenen van het leven – althans, zoals wij dat kennen – en wetenschappers hebben deze aangetroffen in meteorieten en op kometen. Hoe zijn deze complexe moleculen daar terecht gekomen?
Complexe chemie in een koud vacuüm
Kunnen suikers, aminozuren, vetten en DNA-basen worden gevormd onder de extreme omstandigheden die heersen in de interstellaire ruimte, oftewel in een vacuüm met temperaturen die dicht bij het absolute nulpunt liggen? Of hebben ze een chemisch vriendelijker omgeving nodig, zoals het oppervlak en de atmosfeer van een planeet? Dit is de eerste vraag die InterCat zal proberen te beantwoorden.
De InterCat onderzoekers kijken naar ijzige oppervlaktereacties die aan de oorsprong staan van stoffen die van belang zijn voor het ontstaan van leven. Ze gaan de hypothese toetsen dat interstellaire stofdeeltjes van nanoformaat – bedekt met dunne ijslagen – als katalysator dienen voor chemische processen in de ruimte, en dat die uiteindelijk leiden tot de vorming van complexe organische moleculen.
Universeel of lokaal leven?
‘Als we ontdekken dat de DNA-basen en aminozuren waarop het leven op aarde is gebaseerd gemakkelijk kunnen ontstaan onder interstellaire omstandigheden, wijst dit erop dat de chemische evolutie op andere plaatsen in het heelal hetzelfde is geweest. Dit zou betekenen dat de moleculaire bouwstenen van het leven zoals wij die kennen in het hele heelal verspreid zijn,’ zegt Liv Hornekær, die werkzaam is bij de afdeling Natuurkunde en Sterrenkunde van de Universiteit van Aarhus.
‘En als we erachter komen dat andere soorten DNA-basen, aminozuren en biologisch relevante moleculen net zo gemakkelijk of zelfs gemakkelijker vormen dan op aarde, dan kan dit erop duiden dat lokale omstandigheden, zoals hier op aarde, een selectieve rol spelen bij de manier waarop het leven zich heeft ontwikkeld,’ voegt ze eraan toe. De vervolgstap is dan ook om te kijken hoe het ontstaan van sterren en planeten zelf invloed heeft op de vorming van complex organische moleculen.
Een samenwerking met een geschiedenis
De onderzoekers simuleren deze processen in geavanceerde laboratoria, zowel in Aarhus als in Leiden. Vervolgens bestuderen ze deze processen in de ruimte met 's werelds grootste telescopen. Het Laboratorium voor Astrofysica van de Leidse Sterrenwacht speelt een centrale rol in InterCat; het is een van de meest toonaangevende plekken om de vorming van complexe moleculen in interstellair ijs te bestuderen.
De samenwerking is geen toeval. Het Deense en Nederlandse team kennen elkaar al sinds 2006 en waren de afgelopen tien jaar betrokken bij twee grote Europese consortia die zich richtten op astrochemische processen. Harold Linnartz: ‘InterCat is een unieke kans om de universaliteit van de chemie in de ruimte verder te onderzoeken en te weten te komen welke voorwaarden nodig zijn om het leven ook op andere plaatsen te laten beginnen.’
Waarnemingen en laboratoriumstudies
‘Mijn team zal de vorming van complexe organische moleculen op ijzige stofdeeltjes in het lab bestuderen,’ zegt Linnartz. ‘We zullen dit doen onder soortgelijke omstandigheden als in donkere interstellaire wolken en zogenaamde protoplanetaire schijven – plekken in de ruimte waar nieuwe sterren worden geboren en nieuwe planeten ontstaan uit het materiaal dat chemisch is verrijkt in het interstellaire medium, oftewel materiaal met complexe organische moleculen. Tegelijkertijd zullen Van Dishoeck en haar team deze labresultaten vergelijken met astronomische waarnemingen.’
Dit artikel is gebaseerd op het nieuwsitem van de Universiteit van Aarhus/Peter F. Gammelby.